Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (LPTMC)
Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés (IMPMC)
Physicochimie des Electrolytes, Colloïdes et Sciences Analytiques (PECSA)Directeurs de thèse:

Pr M. Micoulaut (LPTMC), Dr G. Ferlat (IMPMC), Dr M. Salanne (PECSA)

Financement de Thèse (2012-2015), Labex MATISSE

Un financement de thèse, portant sur la modélisation moléculaire de liquides et de verres de borates, est disponible à l’Université P. & M. Curie (UPMC), au coeur de Paris. Ce sujet, financé par le Labex MATISSE (MATériaux Interfaces Surfaces Environnement) réunit trois laboratoires d’envergure internationale.

Projet scientifique:

Les borates (du type (M2O)x-(B2O3)1-x où M est un alcalin) jouent un rôle très important dans la science des verres et bien au-delà: électrolytes solides, verres de stockage, matériaux bioactifs, etc. D’un point de vue microscopique, l’originalité des borates, en comparaison à d’autres familles de verres tels que les silicates, tient en la possibilité pour le bore d’adopter différents états de coordination en fonction des paramètres température et/ou concentration d’alcalin : il en découle un réseau topologique original, mêlant des unités supra-structurales à caractère 2D ou 3D (figure (a) et (b)). Ces aspects structuraux sont essentiels pour comprendre les nombreuses anomalies (maxima de densité et de Tg) et certaines variations spectaculaires avec la concentration x d’alcalin.
Ce projet est motivé par la récente découverte dans la famille de verres (Na2O)x-(B2O3)1-x), d’une phase qui, du point de vue mécanique, est dite intermédiaire entre une phase rigide et une autre flexible pour un domaine de concentration bien défini. Cette phase présente des propriétés remarquables : enthalpie de vitrification minimale impliquant une transition vitreuse quasi-réversible, absence de vieillissement, absence de contraintes au niveau microscopique, expansion thermique négative etc. Il est également possible d’obtenir une telle phase (intermédiaire) par l’application de hautes pressions : il existe donc une analogie forte entre les comportements observés par variation de la pression et ceux par changement de la concentration avec comme origine commune le changement de connectivité du réseau vitreux.
L’objectif de ce travail sera de réaliser des simulations de dynamique moléculaire ab-initio de ces systèmes dans les 3 phases : rigide, intermédiaire, flexible (G. Ferlat, IMPMC). Ces simulations permettront de déterminer les entités supra-structurales présentes et d’établir des corrélations entre la structure microscopique et les propriétés de rigidité via la théorie des contraintes topologiques (M. Micoulaut, LPTMC). Elles permettront également de développer de nouveaux champs de force pour pouvoir réaliser des simulations de dynamique moléculaire classiques (Mathieu Salanne, PECSA). Puis nous nous intéresserons aux changements induits par la pression et la température et notamment au phénomène de polyamorphisme. Ce travail sera réalisé en étroite collaboration avec des groupes expérimentaux : équipe « verres » de l’IMPMC (L. Cormier, G. Lelong) et à l’Université de Cincinnati, USA (P. Boolchand).

1] G. Ferlat et al., Phys. Rev. Lett. 101, 065504 (2008).

[2] M. Bauchy, M. Micoulaut et al., Phys. Rev. B 84, 054201 (2011).

[3] B. Rotenberg, M. Salanne et al., Phys. Rev. Lett., 104, 138201 (2010).

Techniques: dynamique moléculaire, calculs ab-initio, théorie des contraintes topologiques

Qualités requises: Bon niveau en physique du solide et/ou chimie quantique. Connaissances des méthodes de simulation moléculaire et/ou des calculs quantiques souhaitables mais non impératives. Des compétences en programmation sont souhaitables mais non impératives.

Salaire: approximativement 1400 €/mois net + possibilité d’un monitorat d’enseignement

Date de démarrage: dès que possible et au plus tard le 1er Octobre 2012.

Pour candidater: envoyer un CV, une lettre de motivation et les coordonnées de 2 personnes pour recommendation à :

-[Guillaume Ferlat

Matthieu Micoulaut

Mathieu Salanne