Nouvelles fonctionnalités des matériaux amorphes à base de tellure – TEAM

De plus en plus de systèmes de tellurures amorphes sont utilisés dans l’industrie électronique et informatique en raison de leurs possibilités d’application dans le domaine de l’écriture rapide et le stockage de données, à l’image du système Ge-Sb-Te servant sur les supports DVD. De même, dans le domaine de l’aérospatiale, des alliages amorphes à base de tellure sont actuellement développés pour les guides d’ondes dans le domaine de l’infrarouge. En dépit de ce nombre important d’applications, plusieurs questions demeurent en suspens quant à la formation de ces matériaux à partir du liquide, de l’effet de la composition sur les propriétés des liquides et des amorphes correspondants.

Plus encore, afin de pouvoir proposer de nouvelles fonctionnalités dans ces domaines technologiques et industriels stratégiques, il importe de sonder en détail les relations propriétés - structure en fonction de la composition. Cela ne peut se faire que par une approche conjointe théorie - expérience et non par une approche simplement empirique basée sur des études en fonction de la composition de verres synthétisés avec difficulté. De plus, et contrairement aux sulphures ou aux séleniures, la règle de l’octet ne s’applique pas aux tellurures, conséquence d’une délocalisation électronique accrue. Ceci interdit d’utiliser des modèles phénoménologiques simples faisant appel à des coordinences intuitives. Clairement, une approche basée sur des simulations ab initio doit être privilégiée.

Ce projet réunissant quatre partenaires aux expertises complémentaires et reconnues (LPTMC Paris, CINAM Marseille, ICG Montpellier et IM2NP Marseille) se propose d’utiliser des méthodes d’investigations théoriques et expérimentales ayant déjà démontré leur puissance/ fait leur preuves pour les chalcogénures vitreux plus légers (sulphures, séleniures). Ce travail conjoint entre théoriciens et expérimentateurs permettra d’étudier les propriétés physico-chimiques en fonction de la composition dans les tellurures amorphes. Trois familles ayant des applications évidentes seront privilégiées : Ge-Te et Ge-Sb-Te utilisées pour le stockage de données ainsi que Ge-Ga-Te pour les guides d’onde infrarouge.

L’effort de caractérisation théorique (simulations ab initio alliée à la théorie des contraintes topologiques, cette dernière étant un outil extrêmement puissant dans le cas des chalcogénures vitreux légers) sera combiné à des mesures expérimentales de structure et de calorimétrie. Les prédictions issues de la modélisation topologique permettront de connaître les composés « idéaux » présentant une stabilité thermique importante. Compte tenu des tendances importantes à la cristallisation dans ces composés, il sera utilisé un dispositif unique de co-évaporation thermique pour élaborer des échantillons amorphes en couche épaisse pouvant être par la suite caractérisés par des mesures structurales et calorimétriques. L’objectif final est d’identifier les compositions de formation vitreuse idéales prédites par la théorie des contraintes topologiques, pour lesquelles le vieillissement est minimal. Ces propriétés sont susceptibles d’ouvrir des applications nouvelles dans le domaine des guides d’ondes infrarouge et des matériaux à changement de phase.

Enfin, ce projet s’accompagne d’un aspect de formation par la recherche conséquent puisqu’il impliquera deux thèses de doctorat, l’une expérimentale, l’autre théorique.