Atomic-scale simulations of twin boundaries for the mechanical properties of nano-twinned gold thin films

Résumé fourni par la source

Les défauts cristallins peuvent jouer un rôle important dans l'amélioration des propriétés des matériaux. C'est le cas pour les matériaux nano-maclés qui combinent une grande résistance mécanique et une bonne ductilité. Nous avons utilisé des expériences in-situ de diffraction des rayons X pour étudier le comportement des macles dans deux films minces d'épaisseurs différentes. Les résultats ont montré du maclage avec une désorientation des macles lors de la traction. Le calcul de la déformation élastique des plans parallèles à la surface montre que le film fin a une plus grande limite d’élasticité que le film épais, bien qu’il semble fissurer dans la suite de l’essai. Nous avons parallèlement réalisé des simulations atomistiques afin de mieux comprendre les mécanismes observés expérimentalement. Nous nous sommes en particulier concentrés sur les joints cohérents {111} et les joints incohérents de type {112}. Dans un premier temps, les énergies et les excès de volume introduits par ces joints de macle dans le cristal ont été quantifiés. Le joint de macle incohérent, constitué de dislocations partielles de Shockley, se dissocie par le glissement de certaines dislocations, ce qui amène à la formation d'une phase appelée 9R. Plusieurs paramètres ont été utilisés pour discuter de l'épaisseur de cette phase 9R. Dans un second temps, les interactions entre joints de macle ont été étudiées. La portée des interactions entre joints de macle a été déterminée et son lien avec le champ de déplacement induit par les joints de macle a été analysé. Il en ressort également que pour un matériau contraint l'excès de volume induit par les joints de macle génère une déformation élastique qui peut influencer les propriétés mécaniques du matériau, comme par exemple la limite d'élasticité. Enfin, l'étude numérique de la traction d'un film mince nano-maclé a permis d'observer majoritairement le démaclage dans le matériau, et le glissement de dislocations parfaites dissociées à partir des jonctions entre joints de macle. Une comparaison a été faite entre les simulations numériques et les expériences sur l’évolution du volume de macle. L’observation ou non de la phase 9R dans les échantillons expérimentaux a aussi été discutée.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.