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Univ. Paris-Saclay
Etude théorique d'agrégats de fer: transition solide-liquide et structures solides amorphes ou cristallines
Christian ANGELIE et Jean-Maik SOUDAN
Groupe Dynamique Réactionnelle
Vendredi 23/09/2016, 10:30-11:30
LIDYL Bât.522, Grande salle 137-138, CEA-Saclay

On présente de nouveaux résultats théoriques sur des agrégats de fer étudiés au moyen de deux outils :

  •  l'interaction des atomes est représentée par un potentiel classique de haut niveau du type MEAM, tenant compte de façon complexe de l'environnement de chaque atome par les distances des voisins, les angles de cisaillement, et des coefficients d'écrantage.
  •  la thermodynamique est explorée par un algorithme Monte Carlo d'histogramme plat permettant de balayer des intervalles larges en surmontant plus aisément les barrières de potentiel.

Cet algorithme fournit la densité d'états g(E) du système et permet de calculer toutes les données thermodynamiques, et en particulier la température de fusion de l'agrégat. Les études récentes ont surtout porté sur la série des agrégats 13, 55, 147 et 309 atomes qui correspondent aux nombres magiques des structures icosaèdres mais aussi cuboctaèdres.  Il a été montré que l'icosaèdre est bien la forme la plus stable pour cette série. La transition cuboctaèdre <---> icosaèdre a été analysée (mécanisme de Buckminster Fuller-Mackay), révélant une quasi absence de barrière énergétique dans le sens --->.

De plus, il est apparu que l'agrégat 147 atomes a un comportement particulier: il est impossible de revenir du liquide vers l'icosaèdre, le système se piégeant inéluctablement dans un état amorphe. Cette difficulté à atteindre l'ergodisme dépend de façon critique de la taille de l'agrégat. L'agrégat 38 atomes formés initialement dans une structure fcc relaxe ainsi vers un état fondamental par une cascade lente de 6 états intermédiaires métastables. La courbe de température de fusion en fonction de la taille de l'agrégat a été complétée par ces résultats, révélant un écart très net à la loi de Pawlow d'une décroissance en 1/R: la température de fusion remonte fortement pour les petits agrégats par rapport à cette loi. Ceci manifeste la thermodynamique des petits systèmes avec les effets de surface et de courbure.

Contact : Caroline LEBE

 

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