Effet des corrélations sur les propriétés statiques et dynamiques des superconducteurs ioniques

par Yahia Boughaleb

Thèse de doctorat en Physique des solides

Sous la direction de Jacques Friedel.

Soutenue en 1987

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jacques Friedel.

mots clés

• Effet de commensurabilité
• Superconducteurs ioniques
• Mécanismes de diffusion
• Mécanismes de transport
• Mouvement brownien
• Fonctions de corrélation
• Supraconducteurs

Résumé

Les super conducteurs ioniques sont généralement schématisés comme résultant de deux sous réseaux imbriqués dont l'un constitue la structure rigide et périodique à travers laquelle les ions de l'autre diffusent de façon quasi-liquide. Une question importante dans la physique de ces matériaux consiste à comprendre les effets des corrélations entre les ions mobiles sur les propriétés statiques et dynamiques du réseau mobile. Dans plusieurs bons conducteurs ioniques, la densité des ions diffusants présente une faible modulation spatiale le long des chemins de conduction: ceci suggère un modèle dans lequel le mouvement des ions ne peut être décrit que comme un processus continu. Nous sommes donc conduits à étudier un système de particules browniennes en interaction, soumises à un potentiel périodique. Nous avons calculé et discuté différentes fonctions de corrélation dynamiques et statiques en correspondance avec des mesures de conductivité et des expériences de diffusion de neutrons et de diffraction des rayons X. Nous avons déterminé les différentes quantités physiques à partir de la simulation de la dynamique de Langevin et de méthodes analytiques appropriées. Nous avons clairement mis en évidence la relation entre les propriétés structurales du réseau mobile et son comportement dynamique. Nos résultats montrent très nettement que les interactions entre les particules diffusantes jouent un rôle déterminant dans la dynamique de la phase supersonique ces matériaux.

Titre traduit

Effects of correlations on static and dynamic properties of superionic conductors

Résumé

Superionic conductors can be thought of as a sublattice of mobile ions diffusing in a liquid-like fashion through a vibrating covalent counterion framework. A crucial question in the physics of such materials is then to understand the effects of correlation among the conducting ions on the structural and dynamical properties of the mobile sublattice. Ln many good ionic conductors, the density of the mobile species show a weak spatial modulation along the conduction path: this suggests a model where the ionic motion is described as a continuous process. We are therefore led to investigate a system of interacting Brownian particles subject to an external periodic potential. Within this model, only the mobile sublattice is treated explicitly. We compute and discuss various time-correlation functions relevant for conductivity measurements and for neutron scattering experiments. We also determine static properties useful for X-ray diffraction experiments. All the computations are performed using both Langevin dynamics simulations and approximate analytical methods. We establish clearly the relationship between the structural properties of the disordered sublattice and its dynamical behavior. On the basis of our results, it is clear that interactions between the diffusing particles play an important role in the dynamic of the superionic phase of the framework solid electrolytes.