GEMaC / Université de Versailles
UMR CNRS 8635
Equipe : Physique des Matériaux
Moléculaires Commutables (P2MC)
Permanents: Kamel Boukheddaden (PR), Jorge Linares (PR), Damien Garrot
(MCF), Guillaume Bouchez (A.I.), François Varret (PR, Emérite).
Doctorants: Aymen Yangui (cotutelle Sfax-Versailles), Mouhamdou Sy,
Miguel Angel Paez-Espejo.
Thésards étrangers: Toussaint Okké (Bénin), Rachid Traiche (Algérie),
Nikolay Klunidhov (Biélorussie).
1
Thématique Scientifique
Modèles
élastiques : MC
& MD
Modèles
spatiotemporels
Relaxation et
photoexcitation nonlinéaires
Dynamique
des
transitions
de phase
Commutation
Moléculaire à
l’état solide
Pérovskites
Transitions
Théorie hybrides
de spins
Décomposition
spinodale
photo-induite
LIPS
“Structures
dissipatives” et
domaines de
spin :
Effet domino
Emission de
lumière
blanche
Couplage
transitions de
phase/PL
Environnement expérimental
Spectrométrie
Mössbauer
Réflectivité
Kubelka-Munk
Réflectivité
sous pression
Photomagnétisme
Macro
3D
spectroscopies
Diffractions
+ LLB-ILL;
PL: + Toulouse
Sfax, ENS
Cachan
Raman (Sfax)
Théorie de la
Commutation
AutoPhoto-lum
organisation
AFM
TEM (Tokyo)
Microscopie optique
en température
[10K:350K]
Spectroscopies
Ellipsométrie
Spectroscopique
/1/ Développement instrumentaux:
- Réflectométrie sous pression
- Ellipsométrie spectroscopique à température variable
- Spectrophométrie UV-Vis
- Microscopie optique à température variable
- PL en cours de montage
/2/ Etudes expérimentales (photo-magnétisme, réflectivité, diffraction,
ellipsométrie spectroscopique, microscopie):
- comportements 3D,
- domaines de spin et auto-organisation, instabilité et séparation de phase
photo-induites,
- nucléation, croissance et propagation de domaines: dynamique des
transitions de phase du 1er ordre (y compris dans les pérovskites hybrides).
- études structurales fines des états photo-excités (ESRF).
/3/ Théorie et modélisation (statique et dynamique, effets spatio-temporels):
modèles de spins, modèles élastiques, interactions spin-phonon, équations
de réaction diffusion,
Matériaux
solides photoluminescents = Sfax +
Versailles, Brest
Transitions de spin,
bleus de Prusse =
Osaka, Louvain, Orsay,
Tokyo, Floride, Kanpur
Pérovskites hybrides:
couches minces et
nanoparticules …
Macro
3D
Couches minces
commutables =
Orsay, Varsovie,
Louvain, Floride,
Tokyo
Basse
Autoorganisation dimension
monocristaux = Genève,
Louvain, Groningen
Nano-particules à
transition de spin =
Bordeaux, Orsay
quelques travaux
Etude ellipsométrique de la transition de phase dans le 4F:
Corrélation transition de phase/PL
PL
Problème rencontré
à l’époque: dégradation du
signal sous uv et haute
température
Ellipsométrie
Visualisation de la dynamique de la
transition de phase dans la pérovskite
hybride C12PbI4
Etude microscopique d’une transition de phase de 1er ordre dans (C12H25NH3)2PbI4
Phase I (BT)
Phase II (HT)
Orthorhombic
Monoclinic
Pbca
P21/a
a (Å)
8.8645
8.6882
b (Å)
8.5149
9.0031
c (Å)
49.0253
23.8647
V (Å3)
3700.4458
1866.7143
β (°)
90
92.487
Système cristallin
Groupe d’éspace
Structure de (
) à 295 K (a) et 325 K (b).
DG. Billing and A. Lemmerer, New J.Chem, 32, 1736-1746 (2008).
Couleur
Jaune
Orange
Paramètres cristallins pour la phase I (BT) et la phase II (HT).
13
Absorption optique
Heating
Cooling
2,52
Peak position (eV)
Ellispométrie spectroscopique
2,48
22K
2,44
2,40
290
300
310
320
330
Temperature (K)
340
350
14
Etude microscopique de la transition de phase sur moncristal
Vidéo 1: Chauffage BT/HT
Vidéo 2: Refroidissement BT/HT
15
Mesures confirmées sur un autre composé (caméra plus rapide, NYU)
A. Yangui et al. Eur. Phys. Lett. (soumis)
Contraction de 2%
Allongement de 6%
Variations de l’épaisseur a et la longueur b du cristal pour un cycle chauffage-refroidissement.
Allongement de 6% selon l’axe b et contraction de 2% selon l’axe a au cours de la transition BT/HT
Excellent accord avec les résultats publiés de DRX
17
Variation temporelle de la position du front. Les
pentes donnent une vitesse V = 1.6 mm/s
Variation thermique de la densité optique.
Vitesse d’un escargot de jardin ~ 1 mm/s.
18
Equation de Kolmogorov
Variation à 3D de la DO en fonction du temps et de la position
≅
btanh(
)
a=0,28
Variation de la DO en fonction de la position lors de la propagation front.
b=-0,16
v=1,6mms-1
+~ μ.
Exemple d’affinement de la variation de la DO en
fonction de la position du front
L’interface est constant en fonction de la position du front
La dynamique de ce type de transition de phase peut être
décrits comme un processus de réaction-diffusion.
19
Conclusion/perspectives
Etude de la dynamique d’une transition de phase de 1er ordre
• Un changement de couleur au moment de la transition de phase
• Une interface d’épaisseur ~2μ/qui se propage avec une vitesse constante et très rapide
~1,6//. 1 23
• Un allongement de 6% selon l’axe b (en longueur) et une contraction de 2% selon l’axe a (en
épaisseur)
•
•
•
•
•
Objectifs à terme:
-Insertions de couches magnétiques dans les pérovskites hybrides: photo-magnétisme
- bistabilité thermique: adressage de l’information entre 2 états
Corrélation transitions de phases et propriétés de PL;
Emission de lumière blanche.
20
Remerciements
• Pr. Smail TRIKI, CEMCA-Université de Bretagne Occidentale, Brest.
• Dr. Sébastien PILLET, CRM2-Université de Lorraine, Nancy.
• Pr. Younes Abid, LPA Sfax (Tunisie)
• Pr Pance Naumov, NYU (Abu Dhabi).
• Pr. Adnen Mlayah (CEMES, Toulouse)
• Prs. Emmanuelle Deleporte et J.S Lauret (ENS, Cachan)
Financement: Programme PHC MAGHREB N°13MDU903M
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Contrôle de la dynamique d’une
transition de phase /Autoorganisation photo-induite
Contrôle d’une interface entre deux phases