Une technologie mécanique multi-niveaux du silicium amorphe
À la différence de la structure bien organisée du silicium cristallin (Si), le silicium amorphe se compose d'atomes formant un réseau aléatoire et continu. L'intérêt scientifique majeur pour les matériaux à base de silicium amorphe (dioxyde de silicium - SiO2) a constaté la difficulté de décrire leur réaction mécanique à l'échelle atomique. Le projet PLASTAMORPH, financé par l'UE, a permis le développement d'une description théorique globale de ces matériaux à différentes échelles. La modélisation multi-niveaux a permis d'approfondir les connaissances des mécanismes physiques à l'échelle atomique à l'origine de ces phénomènes macroscopiques. Une description précise des comportements à petite échelle permettra de résoudre les problèmes de plasticité (déformation) et de fatigue dans les appareils à base de Si. Le projet s'était fixé quatre objectifs techniques. Une meilleure compréhension de la réaction mécanique locale des matériaux à base de Si amorphe devrait être associée à leur comportement rhéologique macroscopique. Les chercheurs ont également tenté de caractériser le comportement vibratoire des matériaux et étudié l'effet de la pression sur les nanopiliers de Si de plus en plus appréciés dans l'opto-électronique. L'exploitation des simulations dynamiques moléculaires reposant sur des algorithmes multi-corps dynamiques a permis aux chercheurs d'analyser les effets du cisaillement (conditions statiques) et de la vitesse de cisaillement (temps variables) ainsi que du sens de liaison sur la réaction mécanique à petite échelle. Les simulations ont prouvé l'existence de deux réorganisations plastiques: la nucléation d'événements isolés et les réorganisations en avalanche. L'étude des propriétés vibratoires du modèle de Si amorphe a permis d'isoler les propriétés inhabituelles des matériaux amorphes. Plus particulièrement, les scientifiques ont montré que la description classique selon laquelle toute vibration arbitraire pouvait être décrite comme la superposition de vibrations élémentaires ne s'appliquait pas. Enfin, les analyses numériques ont porté sur les propriétés mécaniques des nanopiliers en fonction de la taille, établissant une diminution de la pression intérieure sur la base du carré du rayon du nanopilier. PLASTAMORPH a fourni des données importantes sur le comportement à l'échelle atomique des matériaux à base de Si amorphe, comblant ainsi un vide qui empêchait jusque-là leur exploitation dans les appareils opto-électroniques. Le contrôle de la déformation et de la fatigue sont donc désormais dans le domaine du possible. Outre les prochaines avancées possibles dans le domaine des matériaux à base de Si amorphe, les modèles feront partie intégrante de l'étude des solides amorphes pour différents usages.
