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Désordre dans les matériaux irradiés : une approche statistique

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Les faisceaux d’ions sont devenus un outil puissant pour la modification contrôlée des propriétés physiques des matériaux (implantation ionique), pour la création de nanostructures ou dans le but de simuler des environnements radiatifs hostiles. Quel que soit l’objectif recherché, l’interaction de ces particules énergétiques conduit à désordonner les solides irradiés et la quantification fine de ce désordre est l’objet d’intenses recherches.

La plupart des approches adoptées pour mesurer l’endommagement sont phénoménologiques et basées sur l’évolution de paramètres dont l’analyse, au travers d’hypothèses souvent restrictives, donne un accès indirect au désordre. Dans le cadre d’une collaboration entre le Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM, CNRS/IN2P3, Univ. Paris-Sud) et le laboratoire de Sciences des Procédés Céramiques et Traitements de Surface (SPCTS, CNRS, Univ. Limoges), une nouvelle approche, basée sur le traitement de données de diffraction des rayons X (DRX), vient d’être proposée (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLe...). Elle permet de décrire le désordre de façon statistique, en levant l’hypothèse classique d’une distribution de déplacements gaussienne, par l’introduction de fonctions dites Lévy-stables.

L’exemple traité dans cette étude est celui de l’amorphisation du carbure de silicium (SiC) sous irradiation ionique. L’analyse des données de DRX montre clairement que la cinétique de transformation de phase de ce matériau ne peut être reproduite correctement qu’en ne considérant l’existence de vols de Lévy, c’est-à-dire des déplacements statistiquement beaucoup plus grands que le déplacement "moyen", dans la distribution d’atomes déplacés lors de l’irradiation.

Cette approche peut être utilisée pour d’autres matériaux et notamment ceux subissant des transformations de phase cristal-amorphe sous bombardement ionique, ce qui est le cas par exemple de nombreux semiconducteurs dopés par implantation ionique.