Sujet :

Construction ab initio d’un diagramme de phases

Contexte :

La recherche des phases cristallines des matériaux en pression est devenue un champ de recherche important depuis plusieurs dizaines d’années, tant en physique de la matière condensée qu’en géophysique ou astrophysique. Les champs d’application sont nombreux et concernent la découverte de nouvelles phases cristallographiques ou de matériaux avec des fonctionnalités particulières, mais aussi la description de la matière dans les intérieurs planétaires. Dans ce cadre, les calculs dits ab initio jouent un rôle important car ils permettent d’obtenir des données, même lorsqu’aucune expérience n’est réalisable dans les conditions thermodynamiques explorées. Depuis une dizaine d’années, de nouvelles méthodes ab initio ont émergé afin de prédire les phases cristallographiques stables d’un matériau, et cela en fonction de la pression. Cependant, cette « recherche de structures » est aujourd’hui limitée à une recherche à température nulle, c’est-à-dire ne tenant pas compte des effets de température.

Objectif :

Cette « recherche de structures » ab initio peut être couplée à une autre méthode qui s’appuie sur des simulations de dynamiques moléculaires ab initio et permet de déterminer le spectre de phonons (vibrations du réseau) en fonction de la température, c’est-à-dire en incluant les effets dits anharmoniques. Ces deux approches mises ensemble, il devient alors possible de réaliser une « recherche de structures en température » d’un matériau puis de prédire les stabilités dynamiques, mécaniques et thermodynamiques des différentes phases, en fonction de la pression et de la température. Ces deux méthodes sont aujourd’hui implémentées dans un code de calcul de structure électronique ABINIT capable de profiter efficacement des capacités des supercalculateurs (Curie et TERA-1000) disponibles sur notre centre de recherche. L’objectif du post-doc sera d’obtenir, par calcul ab initio, le diagramme de phases en température et pression d’un matériau d’intérêt (Fe, Ti, U…).
Le post-doctorat débutera par un travail théorique d’appropriation des différentes techniques employées : simulations ab initio, dynamique moléculaire, recherche de structure, calculs de spectres de phonons… Il se poursuivra par l’implémentation d’un couplage entre les méthodes de « recherche de structures » et de « calcul de spectres de phonons ». Il se conclura par les calculs de « recherche de structures en température » et l’élaboration d’un diagramme de phase d’un matériau (Fe, Ti, U…) présentant de nombreuses phases en pression et température.

Contacts :

GENESTE Grégory
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – gregory.geneste@cea.fr

BOTTIN François
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – francois.bottin@cea.fr