Étude de la formation et de l'évolution de nanostructures par méthodes Monte Carlo.
Les simulations atomistiques jouent un rôle important en science des matériaux. En plus d’être un outil efficace pour valider des modèles, elles permettent d’obtenir des informations précises sur la structure, la dynamique et la cinétique des systèmes souvent hors de la portée des expériences.
Cette thèse, composée de quatre articles scientifiques, porte sur les méthodes numériques atomistiques et leur application à des systèmes semi-conducteurs nanostructurés.
La première partie traite en détail de la technique d’activation-relaxation cinétique (ART-cinétique), un algorithme Monte Carlo cinétique hors-réseau autodidacte basé sur la technique de l’activation-relaxation nouveau (ARTn), dont le développement ouvre la voie au traitement exact des interactions élastiques tout en permettant la simulation de matériaux sur des plages de temps pouvant atteindre la seconde.
Ce développement algorithmique, combiné à des données expérimentales récentes, ouvre la voie à la seconde partie de la présentation. On y explique le relâchement de chaleur par le silicium cristallin suite à son implantation ionique avec des ions de Si à 3 keV. Grâce à nos simulations par Autocinétique et l’analyse de données obtenues par nanocalorimétrie, nous montrons que la relaxation est décrite par un nouveau modèle en deux temps: 'réinitialiser et relaxer' ('Replenish-and-Relax'). Ce modèle, assez général, peut potentiellement expliquer la relaxation dans d’autres matériaux désordonnés.
Par la suite, nous poussons l’analyse plus loin et décrivons en détail les mécanismes atomistiques responsables de la relaxation lors du recuit. Nous montrons que les interactions élastiques entre des défauts ponctuels et des petits complexes de défauts contrôlent la relaxation, en net contraste avec la littérature qui postule que des 'poches amorphes' jouent ce rôle.
Nous présenterons aussi certains sous-aspects de la croissance de boîtes quantiques de Ge sur Si (001). Cette quatrième partie décrit la structure de la couche de mouillage lors du dépôt de Ge sur Si (001) à l’aide d’une implémentation QM/MM du code BigDFT-ART. Nous caractérisons la structure de la reconstruction 2xN de la surface et abaissons le seuil de la température nécessaire pour la diffusion du Ge en sous-couche prédit théoriquement par plus de 100 K.
