Atomic structures of icosahedral phases of type F and dislocations

Structures atomiques des phases icosaédriques de type F et dislocations

Jean-Tristan Beauchesne (1)

1 LEM - ONERA - CNRS - Laboratoire d'étude des microstructures [Châtillon]

The object of this thesis is the study of atomic structures of icosahedral phases of type F and their dislocations.

In this study, we have first built a prototypical structure that describes the already known F type icosahedral phases. In order to check it we synthesized some of the new compositions predicted by this model. This synthesis led to the discovery of two new quasi-periodical phases of the stoechiometry Al66,08Cu21,35Mn8,29Fe4,28. One of these phases is icosahedral (metastable) of type F and the other one is decagonal (stable). A F-IQC phase is present on these compounds that have a different composition with respect to the ones already studied for the system (Al,Pd,Fe).

Globally, these experimental results on new icosahedral phases allowed to prove the viability of the model: on the three samples of new composition, two of them have shown the existence of icosahedral phases of type F and the third one has given a decagonal phase, in relation of canonical orientation with the icosahedral metastable phase (10-fold axis parallel with 5-fold axis).

Using this reliable model, we have been able to introduce dislocations. We could thus provide the geometry of dislocations (outside the dislocation core) at atomic scale for F-IQC phases. On this structure we have also identified the distributions of phasons and given some elements of answer for the global dislocations moves.

Cette thèse est consacrée à l'étude des structures atomiques des phases icosaédriques de type F et leurs dislocations.

Dans cette étude nous avons d'abord construit une structure générique permettant de traiter dans un seul schéma les phases icosaédriques de type F connues. Afin de valider ce modèle nous avons synthétisé quelques compositions suggérées par ce dernier. Ces synthèses ont permis entre autres de découvrir deux nouvelles phases quasipériodiques à la stoechiométrie Al66,08Cu21,35Mn8,29Fe4,28 , l'une icosaédrique (métastable) de type F et l'autre décagonale (stable). Elles ont montré, à une composition au-delà de celles déjà étudiées dans le système (Al,Pd,Fe), l'existence d'une phase F-IQC.

Globalement, ces résultats expérimentaux d'études de nouvelles phases icosaédriques ont permis de montrer la fiabilité du modèle : sur les trois essais de nouvelles compositions, deux ont montré l'existence de phases icosaédriques de type F et la troisième a mis en évidence une phase décagonale en relation d'épitaxie canonique avec la phase icosaédrique brut métastable (axe 10 confondu avec un axe 5).

Possédant un modèle fiable nous avons donc pu y introduire des dislocations. Nous avons ainsi précisé la géométrie des dislocations à l'échelle atomique, hors de la zone de cœur, dans les phases F-IQC. Dans cette structure nous avons aussi identifié les mouvements des phasons et tenté d'apporter des éléments de réponse aux mouvements de ces dislocations.

Mots clés: quasicrystal; icosahedral; decagonal; quasicristal; icosaédrique; décagonale; Al-Pd-Fe; Al-Cu-Mn-Fe; structure; dislocation; phason; Al-Pd-Mn; Al-Cu-Fe

Domaines: Physique [physics]

Jean-Tristan Beauchesne. Structures atomiques des phases icosaédriques de type F et dislocations. Physique [physics]. Université Paris Sud - Paris XI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00274636⟩