Mécanique de Films Minces Fonctionnels

Les activités de l’OR concernent les propriétés mécaniques de films minces. Elle profite des développements récents en élaboration de films minces fonctionnels par PVD, à l’aide des deux chambres magnétron qui ont été mis en place récemment.

Les études sur des alliages et composés complexes (intermétalliques, verres métalliques, alliages à haute entropie de mélange (HEAs)) sous forme de films minces sur divers substrats (Silicium, métalliques, verre, polymères) sont effectuées suivant les applications visées (revêtement protecteur, optique, électronique flexible, …).

L’OR profite de ce nouvel axe pour accroître ses interactions avec les chercheurs de l’OR interaction plasma/surface. Il s’agit notamment de mieux caractériser le plasma présent dans l’enceinte, et de mieux maitriser les conditions de dépôts et les microstructures de films minces obtenues.

En termes de caractérisation, nous produisons nos efforts dans deux directions : La première consiste à étudier les liens entre structure, mesures d’ondes acoustiques de surface et propriétés mécaniques de films minces. Les équipements acquis récemment (Acoustique picoseconde, chambre en température in situ) arrivent à maturité permettant une caractérisation thermo-élastique unique dans le milieu des films minces métallurgiques. L’objectif est de trouver les liens entre procédés d’élaboration, microstructure/constantes élastiques et leurs évolutions à haute température, nos techniques in-situ permettant des mesures jusqu’à 1600°C. Ces mesures sont avantageusement complétées par des calculs DFT de structure, constantes élastiques et stabilité thermique. Ces moyens sont mis en œuvre dans le cadre de collaborations, industrielles avec Saint-Gobain Recherche et Essilor, académiques nationales avec G. Abadias (Pprime), ainsi qu’internationales avec D. Depla (Gent University), D. Duday (CRP Gabriel Lipmann, Luxembourg) et Q.M. Hu (Chine, Institute of Metal Research).

La deuxième direction porte sur le développement de films minces et nanostructures sur substrats flexibles. Nous mettons à profit l’ensemble des techniques de caractérisation développées durant ces dernières année (essais de traction couplés à l’AFM/optique et mesures de résistivité in situ), nous permettant d’étudier les phénomènes de multifissuration/flambage dans des systèmes modèles (métaux) ou plus complexes (intermétalliques, HEAs), en collaboration avec l’axe MECAMETA ainsi qu’avec le Simap (Grenoble) pour la modélisation des phénomènes (approches variationnelles et éléments finis). Nous continuons de plus à nous investir sur la ligne DiffAbs du synchrotron Soleil pour utiliser la machine de traction biaxiale pour ces systèmes flexibles, avec un effort plus grand porté vers les grandes déformations. De plus, en collaboration avec l’OR « magnétisme de nanostructures », nous continuons à étudier le comportement magnétomécanique de films minces et nanostructures sur substrats flexibles. En complément des techniques développées récemment, nous concevons actuellement un magnétomètre MOKE adapté à la machine biaxiale citée plus haut, dans le cadre d’un projet du DIM Nano-K que nous portons avec la ligne DiffAbs. Les systèmes étudiés sont des films minces magnétiques étudiés en commun avec la première direction (intermétalliques, HEAs (magnétiques)). De plus, nous développons des systèmes magnoniques flexibles, en collaboration avec le groupe de A.O. Adeyeye (NUS, Singapour), avec également des caractérisations à grandes déformations.