Yida YANG : "Calcul des coefficients de fléxoélectricité d'hétérostructures de matériaux 2D avec un modèle(QP) de charges et dipôles effectifs"

Résumé : La flexoélectricité est un type de couplage électromécanique relatif à un changement de polarisation électriqued'un matériau en réponse à un gradient de contrainte mécanique. Contrairement à la piézoélectricité, cet effetn'est pas restreint aux matériaux non-centrosymmétriques, mais il a tendance à être plutôt faible à l'échellemacroscopique. Par contre, il peut être comparable et même supérieur à l'effet piézoélectrique à l'échellenanométrique. Par conséquent, il devient de plus en plus important de rechercher des nanomatériaux avec descoefficients flexoélectriques relativement élevés pour des applications dans des récupérateurs d'énergie ou desdispositifs de conversion électromécaniques. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point unemèthode systématique pour calculer des coefficients flexoélectriques pour des matériaux bidimensionnels (2D) etdes hétérostructures de ces matériaux, en utilisant la mécanique des milieux continus et/ou un modèleatomistique avec des charges et des dipôles effectifs correspondant à des distributions radiales gaussiennes. Nous avons tout d'abord vérifié l'équivalence d'une formule simple utilisant les gradients de ces charges etdipôles effectifs, avec une formule plus compliquée utilisée par d'autres auteurs pour calculer les forcesd'interaction électrostatique entre atomes dues à un champ externe. Ensuite, nous avons étendu un travailprécédent en incorporant le terme impliquant les charges effectives dans une expression analytique pour calculerles coefficients flexoélectriques de cristaux ioniques, tels que MoS_2. Malheureusement, l'hypothèse d'homogénéisation que nous avons utilisée s'est révélée trop forte. Cependant, nous avons pu trouver desconfigurations de simulation nous permettant de calculer numériquement les coefficients flexoélectriques dans leplan μ_1111 et μ_2222, le coefficient flexoélectrique transversal μ_3311 et coefficient flexoélectrique hors-plan μ_3333 pour une monocouche de MoS_2. Pour cela, nous avons utilisé une définition de la polarisation incluant àla fois les effets des charges et des dipôles effectifs, ainsi que le forçage de la conservation de la charge. Lesrésultats obtenus étant en bon accord avec les données disponibles dans la littérature, nous avons pu appliquernotre méthode au cas d'une structure bicouche graphène/MoS_2 et étudier l'influence des positions relatives des 2 couches.

Composition du jury :

M. Michel DEVEL, Professeur des universités, Université Bourgogne FrancheComté, France, Directeur de thèse

M. Laurent HIRSINGER, Chargé de recherche, Université Bourgogne FrancheComté, France, Co-directeur de thèse

M. Alexandre MAYER, Chargé de recherche, Université de Namur, Belgique, Examinateur

M. Harold PARK, Professeur des universités, Boston University, USA, Rapporteur

Mme Ausrine BARTASYTE, Professeure des universités, Université de Bourgogne FrancheComté, France, Examinatrice

M. Jean François GANGHOFFER, Professeur des universités, Université de Lorraine, France, Rapporteur

Localisation : Amphithéatre JJ Gagnepain, 15 B Avenue des Montboucons à Besançon