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Etude théorique de défauts ponctuels et complexes dans les métaux : application au fer-cc et nickel-cfc

Kandaskalov, Dmytro (2013) Etude théorique de défauts ponctuels et complexes dans les métaux : application au fer-cc et nickel-cfc. (Theoretical study of the point and complex defects in the metals: application for bcc iron and fcc nickel.)

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Abstract

L’étude des défauts ponctuels (lacunes, impuretés) et des complexes (cavités, joints de grains, etc.) est un domaine important de la physique du solide. Les propriétés physiques et chimiques des matériaux (élasticité, plasticité, fragilité, etc.) sont très souvent corrélées à la présence de ces défauts. Les techniques expérimentales ne sont cependant pas toujours en mesure de fournir une compréhension suffisante de ceux-ci. Dans ce cas-là, les simulations numériques et la modélisation à l’échelle atomique sont des outils utiles pour interpréter les résultats expérimentaux. Mon travail de thèse se situe dans ce cadre. Le manuscrit comporte 4 principales parties. Dans la première et la deuxième partie, nous présentons les principes de la DFT et la méthodologie utilisée dans cette thèse. La troisième partie de ce manuscrit résume l’étude théorique par DFT de la formation, la migration et la diffusion de différentes configurations de multi-lacunes Vn(n=1-15) dans le fer cubique centré. Les configurations de Vn les plus stables y sont décrites en détail : les énergies de formation, de liaison et de piégeage. La migration de différentes multilacunes est discutée en détail d’un point de vue énergétique et configurationnelle. Dans la dernière partie, nous nous intéressons à l’absorption du soufre dans différents sites (interstitiel et substitutionnel) du massif de Ni et sa ségrégation vers les surfaces Ni (100) et Ni (111). L’étude du soufre en volume permet de clarifie sa position en solution solide. Nous discutons des interactions soufre-soufre et avec le métal de base. La ségrégation et l’absorption sur des surfaces libres du nickel est aussi abordée en détail. ABSTRACT : The study of point defects (vacancies, impurity) and complex defects (cavities, grain boundary etc.) is a major challenge for solid state physics. The physical and chemical properties of materials (such elasticity, plasticity, embrittlement etc.) are correlated to the presence of these defects. The experimental study is not always able to bring sufficient information about them. In this way computational simulations and the modeling on the atomic level is efficient to interpret the experimental results and to obtain new informations. This PhD work consists also in a theoretical study of defects in metals. This manuscript is organized in four main parts. In the first and second part, we present the theoretical principles and the methodology used in this work. In the third part, we report a long discussion on the study of formation, migration and diffusion of multivacancies Vn in the bcc-iron system. The main objective of this study is to identify and to analyze most stable configurations of multivacancies for different sizes of Vn (n=1-15) in Fe. The migration is also investigated. In the last part, we present a study of S atoms in nickel. The different sites (interstitial and substitutional sites) in solid solution of nickel-fcc and the segregation of sulfur on and in the Ni(100) and Ni(111) surfaces are discussed. The study of sulfur in the bulk shows that the atoms S occupy the substitutional sites. The S-S and S-Ni interactions are also presented. We conclude by a discussion on the segregation and the adsorption on free surfaces.

Department or laboratory:Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Mijoule, Claude and Connétable, Damien
Uncontrolled Keywords:DFT – Défauts ponctuels – Multilacunes – Diffusion – Ségrégation. KEYWORDS : DFT – Point defect – Multi-vacancies – Diffusion – Segregation
Subjects:Materials science
Deposited On:05 June 2013

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