Soutenance de thèse 12/10/2023 - Sarah YEHYA - Comportement des défauts cristallins dans les nano et micro-cristaux sous chargement mécanique couplé à la diffraction cohérente des rayons X en condition de Bragg

Annonce de soutenance de thèse

Mlle. Sarah YEHYA

(ED n°352 : Physique et science de la matière)

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Comportement des défauts cristallins dans les nano et micro-cristaux sous chargement mécanique couplé à la diffraction cohérente des rayons X en condition de Bragg

Dirigé par : Stéphane Labat (IM2NP), Marie-Ingrid Richard (CEA) et Felisa Berenguer (Synchrotron SOLEIL)

Le jeudi 12 octobre 2023 à 10h, Amphithéâtre de Saporta – Faculté des Sciences de St. Jérôme

La soutenance de thèse sera suivie d’un pot Libanais qui aura lieu au 1^er étage du bâtiment Poincaré auquel vous êtes tous conviés

Resumé

Les nano-cristaux occupent une place de plus en plus importante dans le domaine de la recherche en raison de leurs formidables propriétés physiques différentes de celles du massif. Mais les défauts cristallins qu’ils soient 2D (joint de grain, fautes d’empilement…), 1D (dislocations) ou 0D (lacunes, interstitiels) peuvent affecter de manière significative les propriétés physiques de ces objets. De plus, en raison de la proximité des surfaces, l’énergie et la mobilité de ces défauts vont être complètement différentes de ce qu’elles sont dans les matériaux massifs. L’étude du comportement de ces défauts est alors cruciale pour piloter les propriétés physiques des nanomatériaux et ouvrir la voie à l’ingénierie des défauts. Cette thèse porte sur l’étude des défauts présents dans les nanoparticules métalliques et leur comportement lors d’un chargement mécanique. L’identification des défauts est fait à l’aide d’une technique de diffraction des rayons X développée au cours de ces 15 dernières années : l’imagerie par diffraction cohérente des rayons X en condition de Bragg (BCDI). Cette technique particulièrement novatrice permet d’imager des objets de petite taille (quelques centaines de nm) en 3D pour révéler la présence des défauts. La technique BCDI requière un flux important de photon qu’on ne peut obtenir qu’avec les sources synchrotrons de troisième génération. Une sollicitation mécanique des nano-cristaux est fait de différentes manières : en utilisant la différence du coefficient de dilation thermique entre le substrat et les nano-objets et en utilisant un microscope à force atomique pour venir indenter les nano-objets. Ces chargement mécaniques couplés in-situ au BCDI apportent un éclairage nouveau sur le comportement des défauts dans les nano-cristaux.

Abstract

Nanocrystals are becoming increasingly important nowadays due to their tremendous physical, chemical and mechanical properties, which differ from their bulk counter-part. Defects in crystals whether they are 2D (grain boundaries, stacking faults …), 1D (dislocations) or 0D (point defects) have a major influence on the properties of materials. This is even more critical in nanocrystals where a single defect can completely modify the properties. Moreover, because of the proximity of surfaces, the energy and mobility of defects in nano-objects are borne to be very different from what they are in the bulk. It is thus crucial to study and understand defect behavior in nanocrystals to tune their physical properties. This paves the way for defect engineering to enhance material performance. This thesis focuses on the study of defects in metallic nanoparticles and their behavior under mechanical loading. Defect identification and imaging is done using an X-ray diffraction technique developed in the last two decades: Bragg coherent X-ray diffraction imaging (BCDI). This particularly innovative technique allows imaging of small-sized objects (a few hundred nm) in 3D to reveal the presence of defects. BCDI requires a significant photon flux, which can only be obtained with third-generation synchrotron sources. Hence most of the experiments were performed at the French synchrotron SOLEIL and at the ESRF. Mechanical loading on nanocrystals is performed: either by applying a thermo-elastic strain due to the difference of the coefficient of thermal expansion coefficient of the substrate and that of the nanoparticle, or by using an atomic force microscope to indent the nanoparticles. These mechanical loadings, coupled in-situ to BCDI, shed new light on the behavior of defects in confined crystals.

Mots clés: 

nanocristaux, défauts cristallins, imagerie par diffraction cohérente des rayons X, indentation, microscope à force atomique.

Keywords: 

nanocrystals, crystal defects, Bragg coherent X-ray diffraction imaging, nano-indentation, atomic force microscope.

Composition du jury :

•    Présidente : Virginie Chamard, DR CNRS, Aix-Marseille Université, France
•    Rapporteur : Christophe Tromas, PR, Université de Poitiers, France
•    Rapporteur : Felix Hofmann, Associate professor, Oxford University, Royaume-Uni
•    Examinateur : Guillaume Beutier, CR CNRS, Université de Grenoble, France
•    Directeur de thèse : Stéphane Labat, MCF, Aix-Marseille Université, France
•    Co-directrice de thèse : Marie-Ingrid Richard, Research Scientist, CEA Grenoble, France
•    Co-encadrante de thèse : Felisa Berenguer, Beamline Scientist, Synchrotron SOLEIL, France