Contribution à l'étude des effets à trois corps sur la structure et la thermodynamique des liquides surfondus et amorphes
Résumé
This thesis is devoted to the study of the three-body interactions on the structural and thermodynamic properties, during liquid-supercooled liquid and liquid-amorphous transformations. In this work, we use molecular dynamics simulations that gives a direct acces to the physical properties from the interactions. Therefore, both the theoretical developments and the potential can be tested by comparison with the experiment. In order to increase the accuracy of the calculations, we handled a large number of particle using a parallel version of the molecular dynamics code with a spatial decomposition of the simulation box. Our study was fisrt applied to rare gases, namely argon, krypton and xenon. The interactions between atoms, wich are dipolar in origin, are described by the Aziz and Slaman (AS) pair potential combined to the Axilrod-Teller (AT) three-body potential. It is well known that this model (AS+AT) is adapted to the study of these systems. As the AS and AT potentials cand be separated, we were able to show its influence in the liquid, supercooled and amorphous states as well as on the vitreous transition temperature Tg. In particular, the AT potential has the effect of increasing TG for all the rare gases. Thus, its use does not contradict the law of the corresponding states, wich confers an universal character on the AS+AT model for the rare gases. We also study liquid and supercooled silicon as well as liquid germanium with the Stillinger-Weber (SW) potential, wich contains both the two- and the three-body contributions. For these covalent materials, the three-body interactions are preponderant and can not be separated from the pair potential. For silicon, we have modified the SW parameter, allowing us to describe with a good accuracy the structure in supercooled states, compared with recent experiments. We were able to show that the double shoulder on the pair correlation function in this states should be accompanied by a strong increase of the density. For germanium, we have modified the parameter of the potential SW, wich controls the relative importance of the two- and three-body potentials, to obtain a good prediction of the melting point. This parameterization predicts correctly the structural properties and opens the way for a more complete study of this system
Le travail présenté dans cette thèse concerne l'étude des effets des interactions à trois corps sur les propriétés structurales et thermodynamiques durant les transformations liquide-liquide surfondu et liquide-amorphe. Pour réaliser cette étude nous avons utilisé la dynamique moléculaire qui est une méthode de simulation donnant accès directement aux propriétés physiques à partir des interactions. Ainsi, elle permet de tester à la fois les développements théoriques et les potentiels d'interaction par comparaison à l'expérience. Afin d'augmenter la précision des calculs, nous avons traité des systèmes à grand nombre de particules. Ceci a été réalisable dans des temps raisonnables en utilisant une version parallèle du code de la dynamique moléculaire avec une méthode de décomposition spatiale de la boîte de simulation. Notre étude a été appliquée tout d'abord aux gaz rares, c'est-à-dire à l'argon, au krypton et au xénon. Les interactions entre atomes, de nature bipolaire, sont décrites à l'aide du potentiel de paire d'Aziz et Slaman (AS) auquel on ajoute le potentiel à trois corps d'Axilrod-Teller (AT). Il est reconnu que ce modèle est très bien adapté à l'étude de ces systèmes. Le potentiel AT pouvant être découplé du potentiel AS nous avons pu mettre en évidence son influence dans les états liquide, surfondu et amorphe et sur la température de transition vitreuse Tg. En particulier, le potentiel AT a pour effet d'augmenter TG pour tous les gaz rares. Par ailleurs, son utilisation ne contredit pas la loi des états correspondants, ce qui confère un caractère universel au modèle AS+AT pour tous les gaz rares. Nous avons également entrepris l'étude du silicium liquide et surfondu et du germanium liquide à l'aide du potentiel de Stillinger-Weber (SW), qui contient une contribution à deux et à trois corps. Pour ces matériaux covalents, les interactions à trois corps sont prépondérantes et ne peuvent pas être découplées du potentiel de paire. Pour le silicium, nous avons modifié le paramètre de taille du potentiel SW, ce qui nous a permis de décrire avec une bonne précision la structure en surfusion, par comparaison avec les récentes expériences réalisées en surfusion. Nous avons pu montrer que l'apparition d'un double épaulement sur la fonction de corrélation de paire dans ces états doit être accompagnée d'une forte augmentation de la densité. Pour le germanium, nous avons modifié le paramètre du SW qui contrôle l'importance relative du potentiel à deux corps et de celui à trois corps, afin d'obtenir une bonne estimation du point de fusion. Cette nouvelle paramétrisation prédit correctement les propriétés structurales et ouvre la voie pour une étude plus complète de ce système
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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