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Quasicristaux et phases structurellement complexes

 
quasicristaux L’influence de la complexité structurale sur les propriétés physiques reste une question très ouverte. Nous avons étudié des systèmes ordonnés quasicristallins et des composés de grande maille. L’influence respective de la complexité structurale et de l’éventuel désordre a été en particulier étudiée sur les propriétés de la dynamique de ces systèmes.
Une étude détaillée de la structure et de la diffusion diffuse présente dans le diagramme de diffraction de la phase icosaédrique quasicristalline Zn-Sc a permis de mieux comprendre l’origine des fluctuations de phasons.
La figure ci-contre illustre la structure de la phase icosaédrique Zn-Zc. Le désordre Zn/Sc a été élucidé.
 
Au sein du réseau européen C-MAC, nous avons mesuré pour la première fois la durée de vie de phonons dans un clathrate Ba-Ge-Au, matériau thermoélectrique réputé pour sa très faible conductivité thermique « glass-like » et comportant une cinquantaine d’atomes dans l amaille, avec une présence de désordre chimique. Le libre parcours moyen des phonons qui a été mesuré est étonnamment grand, de 10 à 100 nanomètres, comparé au libre parcours moyen faible (0.5 nm) généralement associé à la faible conductivité thermique de ce type de matériaux. L’étude a également démontré une importante réduction du nombre de phonons qui transportent effectivement la chaleur. Ces résultats challengent les théories courantes et ouvrent la voie à une meilleure compréhension des mécanismes de transport de la chaleur dans les matériaux de structure complexes.
 
Quasicristaux
Illustration du libre parcours moyen des phonons dans le clathrate Ba-Au-Ge. La structure périodique est visible en fond (le carré blanc indique la maille). Les phonons, illustrés par l’onde sinusoidale, se propagent sur plusieurs dizaines de maille. Les courbes en niveau de couleur représentent les courbes de dispersion mesurées.

Direct measurement of individual phonon lifetimes in the clathrate compound Ba7.81Ge40.67Au5.33, P.-F. Lory, S. Pailhès et al., Nature Communications, 8: 491, 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-00584-7

Contact : Marc De Boissieu

Date of update June 9, 2020

Université Grenoble Alpes