Etude structurale du verre de TeO₂ et de la variété désordonnée TeO₂-δ par dynamique moléculaire.

Structural study of amorphous TeO₂ and disordered TeO₂-δ phase by molecular dynamics simulations.

• Auteur / Autrice : Anastasia Gulenko
• Direction : Olivier Masson, Philippe Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance le 23/10/2014
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (1998-2011)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Bordet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alex Hannon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Bordet, Konstantin S. Smirnov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verre

Dynamique moléculaire

Tellurite (minéralogie)

Mots clés libres

Tellurites

Potentiel interatomique

Dynamique moléculaire

Phases désordonnées

Verres à base de TeO2

Tellurites

Interatomic potential

Molecular dynamics

Disordered phases

TeO2-based glasses

Résumé

Ce travail a pour but d’améliorer la description structurale du verre de TeO2 pur et d’étudier en profondeur la structure de la phase désordonnée δ-TeO2 au moyen de la dynamique moléculaire (DM). Nous avons établi des potentiels interatomiques (IAP), simples mais non triviaux, prenant en compte la polarisabilité des atomes de tellure et d’oxygène à l'aide du modèle cœur-coquille. Nous avons démontré le rôle important de la paire libre électronique de l'atome de Te dans la formation d'unités asymétriques TeOx. Les IAPs précis reproduisent 17 structures cristallines à base de TeO2 et sont appropriés pour les simulations par DM des systèmes désordonnés. Les simulations des structures de la phase vitreuse pure et de δ-TeO2 ont été effectuées par DM. Il a été démontré que le verre de TeO2 est principalement constitué d'unités structurales TeO3 et TeO4, et un grand nombre d'atomes d’oxygène non-pontant (NBO) est observé. La coordinence des atomes de tellure est plus faible dans le verre que dans les structures cristallines pures.Dans la phase δ-TeO2, les atomes de tellure forment un réseau cristallin (CFC) bien défini et les atomes d'oxygène présentent un grand désordre de position. Cette phase est caractérisée par une population d’unités structurales, une coordinence des atomes de tellure et une proportion d'atomes d’oxygène non pontant typique du verre. Par conséquent, la structure δ-TeO2 est plus proche de celle du verre que des structures d'autres polymorphes cristallines de TeO2 pures.

This work aims to improve the structural description of the pure TeO2 glass and to give a deep insight into the structure of the disordered δ-TeO2 phase by means of molecular dynamics (MD) simulations.We derived simple but nontrivial interatomic potentials (IAPs), which take into account the polarisability of tellurium and oxygen atoms using the core-shell model. We demonstrated the important role of the electronic lone pair of the tellurium atoms in the formation of asymmetrical TeOx units. The accurate IAPs is able to reproduce 17 crystalline TeO2-based structures and are appropriate for MD simulations of disordered systems.The MD simulations of the pure glass and δ-TeO2 phase structures were carried out. It was demonstrated that the TeO2-glass consists of mainly TeO3 and TeO4 structural units and a large number of non-bridging oxygen (NBO) atoms is observed. The coordination number of the tellurium atoms in the glass is less than in the pure crystalline structures.In the δ-TeO2 phase, the tellurium atoms form a well-defined crystalline (FCC) lattice and the oxygen atoms exhibit a large positional disorder. This phase has a structural units distribution and a tellurium coordination number and a proportion of NBO atoms similar to those of the glass. Hence, the structure of δ-TeO2 is closer to that of glass than to the structures of other pure TeO2 crystalline polymorphs.