ÉVALUATION DES POTENTIELS INTERATOMIQUES

Le choix du potentiel interatomique dépend du type de la structure atomique et des proprié- tés à étudier (structurales, thermiques …) [47]. L’abondance de potentiels montre la difficulté de choisir une orientation théorique spécifique pour les simulations de DM. Dans ce Chapitre, les potentiels interatomiques seront évalués pour les simulations du transfert de chaleur. De cette manière les potentiels qui donnent la meilleure description pour simuler le transfert de chaleur seront choisis pour ensuite créer les potentiel croisés (Chapitre 3) pour les systèmes Si/métal. Tout d’abord, quelques revues de potentiel présentées dans la littérature seront commentées pour le Si et ensuite pour les métaux. Puis, la justification de cette évaluation sera présentée et les critères d’évaluation seront explicités. Les résultats et conclusions de cette évaluation seront exposés pour le Si et les métaux séparément. Les résultats seront organisés de cette manière pour éviter une confusion entre les différents potentiels interatomiques et matériaux utilisés dans cet étude.Pour le Si, trois des cinq potentiels étudiés sont sélectionnés afin de prédire la conductivité thermique du silicium massif dans la section 2.5, en utilisant la Dynamique Moléculaire Hors d’Équilibre (DMNE) afin de valider la procédure d’évaluation des potentiels.

Revues d’évaluation des potentiels

On trouve dans la littérature des publications sur l’évaluation de potentiels interatomiques pour le Si et les métaux. Elles seront présentées dans cette section. Puis, la méthodologie d’éva- luation est présentée et les critères d’évaluation sont explicités.et le germanium en utilisant une modification du potentiel Tersoff [52] pour les systèmes à multiples composants de silicium et le potentiel 1NN MEAM de Baskes et al. [40] afin d’étudier le comportement des phases cristallines et liquides du silicium et du germanium. Ils ont étudié le point de fusion et les propriétés d’équilibre. Pour le potentiel de Tersoff modifié le point de fusion est surestimé tandis que le potentiel 1NN MEAM de Baskes le sous-estime. Le potentiel de 1NN MEAM de Baskes ne reproduit pas bien la phase amorphe du silicium, alors que Tersoff décrit une phase amorphe.Lee [28] a développé un nouveau potentiel semi-empirique basé sur le 1NN MEAM de Baskes, le 2NN MEAM de Lee. Il a comparé les propriétés élastiques, structurales, les dé- fauts ponctuels, les propriétés de surface et thermiques (point de fusion, volume et enthalpie ; le nombre de coordination du silicium amorphe et cristallin) décrites avec les potentiels SW, Tersoff III, 1NN MEAM, EDIP [26] et HOEP [27]. Le potentiel 2NN MEAM donne des résul- tats satisfaisants pour ces propriétés excepté le point de fusion et de relaxation de surface. Des descriptions de dilatation thermique linéaire et de la structure amorphe ont été améliorées pour le Si.

Balamane et al. [50] a comparé les potentiels de Pearson, Takai, Halicioglu, et Tiller (PTHT) [29], Bismas et Hamann [30] (BH), Tersoff II, Tersoff III et Dodson [31] (DOD) pour déterminer les défauts ponctuels dans le Si massif, les constantes élastiques, les polytypes, les transforma- tions de phase induites par pression, et les surfaces. Les modèles sont généralement pauvres pour décrire les énergies des agrégats aussi bien que les diverses reconstructions de surface duSchelling et al. [51] ont comparé les méthodes de DM d’équilibre et de non-équilibre pour calculer la conductivité thermique du silicium en utilisant le potentiel de SW (voir la section 2.5 pour une description de ces méthodes). Ils ont prouvé que les résultats obtenus sont compatibles les uns avec les autres et raisonnablement comparables aux résultats expérimentaux.Broido et al. [53] ont utilisé la solution itérative exacte de l’équation de Boltzmann inélas- tique pour les phonons afin de comparer les valeurs de conductivité thermique en utilisant les potentiels de SW et Tersoff III. Les conductivités thermiques sont fortement surestimées quand la température est comprise entre 100 et 300 K. Ils ont utilisé des critères harmoniques et anhar- moniques pour expliquer les valeurs discordantes et ils ont montré qu’aucun de ces potentiels n’est satisfaisant et ne peut être utilisés pour les simulations de transfert de chaleur.