ETUDE DES COMPORTEMENTS SPATIOTEMPORELS PHOTOINDUITS DANS LES TRANSITIONS DE SPIN: EN QUÊTE DE STRUCTURES DISSIPATIVES ET D'EFFETS AUTOCATALYTIQUES.

par Yogendra Singh

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Kamel Boukheddaden.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale INTERFACES : approches interdisciplinaires / fondements, applications et innovation (Palaiseau, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Groupe d'étude de la matière condensée (laboratoire) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Contrôler optiquement la dynamique d'une transition de phase du 1er ordre dans un monocristal à transition de spin. Il s'agit ici de contrôler réversiblement la propagation d'une interface élastique, séparant deux phases cristallographiques. Au delà de ce contrôle, on recherchera les conditions expérimentales permettant un asservissement de l'interface de manière dynamique, soit en modulant l'intensité de la lumière, soit en agissant sur celle-ci au travers d'un champ électrique radio-fréquence. Les effets électro-strictifs du matériau permettront allors de générer des contraintes élastiques qui se mettront en marche l'interface élastique. Le second objectif de la thèse concerne l'émergence de structures complexes sous lumière au seuil d'une instabilité. Le problème de l'actuation et du contrôle représente un enjeu majeur à la fois sur plan fondamental, sociétal qu'industriel. Les dispositifs à base de MEMS (Microelectromechanical systems) dont la taille varie de quelques microns à quelques dizaines de nanomètres inondent tous les domaines, et sont déjà présents dans notre vie de tous les jours. On les retrouve dans de nombreux secteurs d'activité dont l'aéronautique (capteurs de mesure de la pression dans les cabines, capteurs de mouvement pour des systèmes de guidage), le domaine de la santé (capteurs de pression sanguine dans les cœurs artificiels…), les télécommunications (les capteurs de mouvement des téléphones mobiles, …), dans les dispositifs de déclenchement d'airbags de voitures, etc. Ce secteur représente aujourd'hui un segment industriel en pleine expansion et de nombreuses sociétés spécialisées dans les MEMS ont vu le jour. Les MEMS sont essentiellement basés sur la transformation d'un mouvement mécanique en signal électrique. Les systèmes à transition de spin, ainsi que les solides commutables à base du bleu de Prusse ont la particularité de présenter des transitions de phases du 1er ordre en température qui s'accompagnent de changements de volume conséquents, de l'ordre de 10% ce qui en fait d'excellents capteurs de mouvement à l'échelle nanométrique, mais aussi de température et de pression. L'étude et le contrôle de leurs propriétés mécaniques est un préalable essentiel à toute application future. Pour cela, il faut comprendre intimement les mécanismes de la transition de phase et ses conséquences à l'échelle mésocopique. C'est l'objet de cette thèse.

  • Titre traduit

    TOWARDS THE QUEST OF DISSIPATIVE STRUCTURES AND AUTOCATALYTIC EFFECTS IN THE PHOTOINDUCED SPATIOTEMPORAL BEHAVIORS OF SPIN CROSSOVER SOLIDS


  • Résumé

    Spin-crossover materials switching between low-spin (LS) and high-spin (HS) states are prototypes of bistable molecular solids having serious potential applications as reversible high density memories, actuators, displays or mini-sensors that are sensitive to pressure, temperature and acoustic waves. First-order phase transitions in molecular spin-crossover single crystals manifest themselves in a spectacular way when observed by optical microscopy. The temperature-induced transformation between the LS and the HS states (having different unit cell volumes) is accompanied by the emergence of the unique HS domain, characterized by a highly regular HS/LS interface, propagating at constant velocity. This phenomenon, still escaping to deep understanding, is nicely followed by optical microscopy thanks to the different colors of the HS and LS phases. Similarly to a tsunami, the transformation starts at some point at the border of the crystal (a stochastic process) and propagates in a deterministic way. The objective of this thesis is to conduct deep experimental investigations on the conditions of appearance of the transformation fronts, and to study their physical properties (structure, shape, width, speed, orientation etc.). The investigations will be performed on several families of spin-crossover solids, whose thermodynamic properties are known. Our goal is to demonstrate that the processes involved are universal although some aspects remain sample-dependent, like the presence of crystal defects which certainly influence the nucleation and propagation process. Theoretical developments, based on Monte Carlo simulations on Ising-like models with elastic interactions (including the volume change at the transition), will be conducted on home-made models. These investigations will allow the identification of the fundamental physical mechanisms governing the spatiotemporal dynamics of first-order transitions accompanied with a volume change.