Etude ab-initio des auto-défauts et des mécanismes d'auto-diffusion dans un verre de silice

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  • Section publique

    Thèse doctorat 2004 FR

    Catégorie : Physique des matériaux

    Ecole doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)

    Auteur : Layla Martin-Samos Colomer

    Directeur de thèse : sous la direction de Michel Heritier

    Publication autorisée par le jury

    Résumé : La silice et en général les verres silicatés sont des matériaux très utilisés dans des domaines très variés allant de la microélectronique à l'industrie nucléaire. Dans ces domaines l'un des principaux problèmes est le vieillissement de ces matériaux sous irradiation. Due à la complexité des effets irradiation-matière, la compréhension du veillissement nécessite la connaissance des mécanismes de diffusion à l'échelle atomique. Dans ce contexte, la modélisation numérique est un outil clef. Dans ce travail, nous présentons une étude ab-initio des auto-défauts et de l'auto-diffusion dans une silice modèle. Nous montrons que, contrairement au cas cristallin, les énergies de formation ainsi que les énergies de migration sont distribuées. Nous prouvons également que la distribution des energies de formation est liée à celle de la contrainte locale. En ce qui concerne les propriétés d'équilibre, nous discutons du rôle de la forme des distributions ainsi que du rôle des niveaux d'impuretés dans le gap sur le défaut majoritairement présent. Enfin, nous présentons le principal mécanisme d'auto-diffusion de l'oxygène en régime de formation homogène et hétérogène.

    Résumé : SiO2 and silicia based compounds are key materials in a variety of scientific and technological fields as for instance, in microelectronics or nuclear technology. In all these fields, one of the still open questions is their long term aging in a radioactive environment. Due to the complexity of radiation-matter effects, the understanding of the long term aging needs the knowledge of diffusion mechanisms at the atomic scale. In that context, numerical modelling appears as a way to access this scale. We present a first principles study on self defects and self diffusion in a silica model. As expected, at variance with SiO2 crystalline phases, the defects formation energies are distributed, due to the non-equivalence of defects sites. We prove that the formation energy dispersion is correlated to the local stress. Concerning the equilibrium concentrations and oxygen diffusion mechanism, we discuss how the shape of the distribution,as well as impurity levels within the gap, play a main role in the dominance of defects types. Finally we present the main oxygen diffusion mechanism in homogeneous defect formation regime.

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