{edsanimate_animated_fadeIn_duration1}

Postdoctorat APCTP : Pohang, Corée du Sud (2011-2012)


Etude des propriétés d'interactions longue portée, et effets de forts contrastes diélectriques sur la distribution de contre-ions fortement corrélés à la surface de bio-molécules.

{edsanimate_animated_fadeIn_duration1}

Postdoctorat ILM : Lyon, France (2012-2013)


Modélisation de nanoparticules métalliques en interaction avec une couche de graphène épitaxiée sur substrat métallique par simulations Monte Carlo.

Postdoctorat CINaM : Marseille, France (2013-2015)


Diagrammes de phases de nanoparticules Ni-C par simulation numérique.

Le développement spectaculaire des dispositifs électroniques et l'apparition récente des écrans tactiles ont contribué ces dix dernières années à réduire les ressources en métaux critiques et à augmenter leurs valeurs boursières. Face à la demande technologique croissante, des alternatives sont recherchées. Les nanotubes se présentent comme une alternative particulièrement intéressante pour le remplacement de ces métaux. Selon leur hélicité, les nanotubes présentent des propriétés métalliques ou semiconductrices capables de remplacer l'indium nécessaire à la fabrication d'écrans tactiles. L'utilisation de nanotubes de carbone a également l'avantage de présenter des améliorations technologiques telles que : meilleure sensibilité tactile, flexibilité, transparence, surface faiblement réfléchissante, etc... L'industrialisation du nanotube de carbone se heurte cependant à une difficulté préalable. Aucune méthode de synthèse ne permet pour le moment de contrôler la croissance de tubes d'une hélicité donnée. Très récemment, plusieurs groupes ont annoncé avoir obtenu une sélectivité métal / semiconducteur, sans avoir pu en déterminer précisément l’origine [1,2]. L'identification des mécanismes à l'origine du contrôle de l'hélicité représente un obstacle dont il est nécessaire de s'affranchir.

La modélisation permet l'étude de mécanismes fins, difficiles ou impossibles à observer expérimentalement. Le modèle de liaisons fortes développé au CINaM, a pour but de simuler la croissance de nanotubes de carbone. Ce modèle offre l'avantage d'être plus réaliste que des approches empiriques, tout en nécessitant moins de temps de calcul que les méthodes ab-initio ou DFT, permettant ainsi la simulation sur des systèmes de taille réaliste. Le modèle présente un bon accord avec les observations issues de la microscopie électronique. Les mécanismes de nucléation et de croissance ainsi que la taille des tubes sont en effet comparables à ceux mesurés expérimentalement. Le modèle a également permis la mise en évidence des mécanismes de solubilité des atomes de carbone dans les nanoparticules précurseurs, à l'origine du démouillage et de la croissance des nanotubes [3,4].

Sur la base de simulations Monte Carlo en liaisons fortes dans l'ensemble grand canonique, nous avons calculé les diagrammes de phases Ni-C [5] en condition de croissance. Nous avons mis en évidence l'évolution d'un état solide vers un état désordonné du catalyseur à travers un continuum d'états coeur-coquille fonction de la taille, de la structure cristalline ainsi que de la solubilité du C dans le catalyseur. Les diagrammes de phases calculés nous permettent de mettre en évidence les mécanismes de diffusion et de nucléation du C en phase de pré-croissance.
La minimisation de la formation de défauts, l'optimisation de la croissance et l'affinage des paramètres d'entrée du modèle, représentent maintenant des points à améliorer afin de se concentrer sur l'étude de l'hélicité des nanotubes. Ainsi l'implémentation de l'algorithme Time Stamped Force Biased Monte Carlo [6] a été réalisé et est en cours d'exploitation. Cet algorithme présente l'avantage de donner accès aux temps caractéristiques du système qui nous permettront de réaliser des comparaisons entre simulations et mesures expérimentales.

 Diag Phase NP
Figure 1 : Diagrammes de phases d'une nanoparticule de Ni, Wulff 807 atomes.


[1] H. Amara et al., Phys. Rev. 79, 014109 (2009)
[2] M. Diarra et al.,Phys. Stat. Sol. B 249, 12, 2629 (2012)
[3] M. Diarra et al., Phys. Rev. Lett. 109, 185501 (2012)
[4] P. Steinhardt et al., Phys. Rev. B, 28, 784 (1983)