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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Etude de la relaxation thermique de la silice amorphe densifiée

Spécialité : PHYSIQUE / Physique des matériaux

Contact : OLLIER Nadège,
e-Mail : nadege.ollier@polytechnique.edu,   Tel : +33 1 69 33 45 18
Laboratoire : LSI/

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 10/04/2021

Résumé :
Ce stage porte sur l'étude de la relaxation thermique d’échantillons de silice densifiés (forte dose sous irradiation et sous forme de couche mince). Nous mesurerons l’évolution de la densité du verre, de l’indice de réfraction ainsi que ses propriétés vibrationnelles (spectroscopies Raman et infra-rouge) après des traitements thermiques. Un des objectifs sera de déterminer la distribution d’énergies d’activation de la phase dite metamicte afin de mieux caractériser la transition entre états amorphes de faible et haute densité.

Sujet détaillé :
Contexte : De nos jours, beaucoup de technologies sont basées sur des dispositifs optiques ou optoélectroniques intégrant des verres de silice du fait de ses propriétés hors du commun (ultra-transparence dans le domaine UV-NIR, résistance mécanique élevée, faible dilatation thermique). Connaitre le comportement de la silice sous conditions extrêmes (hautes pressions, irradiation) reste un enjeu pour un grand nombre d’applications dans le domaine du nucléaire et du spatial. Il est possible par indentation ou par compression hydrostatique de densifier de façon permanente la silice jusqu’à des valeurs limites autour de 20 % (à 25 GPa) en raison de l’important volume libre de ce verre. L’irradiation est également un moyen de densifier la silice. Nous avons montré récemment l’existence d’un polymorphe unique de la silice (densité 2.26 g/cm3) obtenu quel que soit l’état initial de la silice après irradiation à de très fortes doses (typ. >10 GGy pour des électrons de 2.5 MeV) [1-2]. Mais à ce stade, on ne sait pas si cette phase amorphe est unique et identique à la phase dite « métamictique » obtenue après irradiation et amorphisation des polymorphes cristallins de la silice (quartz, coesite,…). Un des moyens de mieux caractériser cette phase est d’étudier la relaxation de sa structure et de ses propriétés, suite à des traitements thermiques.

Objet du stage : Nous caractériserons la relaxation thermique d’échantillons de silice densifiés (forte dose sous irradiation et sous forme de couche mince). Nous mesurerons l’évolution de la densité du verre, de l’indice de réfraction ainsi que ses propriétés vibrationnelles (spectroscopies Raman et infra-rouge) après des traitements thermiques. Un des objectifs sera de déterminer la distribution d’énergies d’activation de la phase dite metamicte afin de mieux caractériser la transition entre états amorphes de faible et haute densité.

Référence :
[1] Relaxation study of pre-densified silica glasses under 2.5 MeV electron irradiation,
N. Ollier, M. Lancry, C. Martinet, V. Martinez, S. Le Floch, D. R. Neuville, Scientific reports (2019) 9:1227.

[2] Unique silica polymorph obtained under electron irradiation
I. Reghioua, M. Lancry , O. Cavani, S. Le Floch , D- R. Neuville and N. Ollier Applied Physics Letters 115 (2019) 251101.
Techniques utilisées au cours du stage :
Traitement thermiques, Phototoluminescence - Spectroscopies Raman et infra-rouge

Mots clés : Verres, silice, défauts ponctuels, irradiation

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