Workshop MicroDiffraction BM32-ESRF

"LOCAL MECHANICAL STRESSES AND MICRODIFFRACTION"

The workshop has taken place the 28th and 29th September 2006

organised by BM 32 staff from CNRS and CEA

"Contraintes Mécaniques Locales et Microdiffraction"

Cet atelier fait suite à l'installation, sur la ligne CRG-Interfaces CNRS-CEA BM32 à l'ESRF, d'un nouvel instrument, unique en Europe, de microdiffraction X en faisceau polychromatique (micro-Laue). Cet instrument permettra de cartographier en 2D, à l’échelle sub-micronique, les orientations cristallines et les contraintes, dans des polycristaux en couches minces.

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Objectif

Le but de l'atelier est de rassembler les futurs utilisateurs de l’instrument, et plus généralement les scientifiques intéressés par la détermination locale des contraintes dans les matériaux cristallisés. On tentera notamment de définir les méthodes à employer, pour interpréter les cartographies obtenues par microdiffraction et pour exploiter quantitativement les informations qu’elles contiennent. La réflexion portera aussi sur la manière de faire progresser la compréhension et la modélisation des matériaux complexes à l’aide des mesures par microdiffraction.

Organisation

L’atelier comportera trois sessions plénières : la session "Technique" décrira les techniques actuellement disponibles pour mesurer les contraintes locales / globales et pour imager le matériau. La session "Mécanique" présentera les connaissances actuelles en matière de description de l’état mécanique d’un polycristal, et de la façon dont évolue, se déforme, s’écoule et se fracture ce polycristal sous l’effet de sollicitations extérieures (mécaniques, thermiques). Et finalement la session "Propriétés sensibles à la microstructure" passera en revue plusieurs domaines technologiques (matériaux magnétiques, microsystèmes, circuits pour la microélectronique) dans lesquels les contraintes influent sur les propriétés utiles du matériau.

La session poster permettra aux participants de développer plus en détail une étude particulière s'inscrivant dans les thématiques de l’atelier (par ex. description d’une technique, étude théorique / expérimentale d’un matériau, optimisation d'un procédé de fabrication).

Une table ronde visera à faire le bilan des progrès réalisés lors de l’atelier sur les questions posées au départ. On essaiera aussi de mettre à jour la liste des problématiques pouvant, dans chaque domaine, bénéficier de la cartographie des contraintes par microdiffraction. On discutera des stratégies à adopter (lors des mesures et de leur analyse) pour optimiser l’impact des résultats expérimentaux sur l’amélioration des modèles théoriques. Les participants sont invités à proposer dès maintenant des thèmes de discussion supplémentaires.

Une visite de la station de microdiffraction à l’ESRF sera organisée pour les participants intéressés.

La station de microdiffraction

Le nouvel instrument permettra de cartographier en 2D les orientations cristallines et les contraintes, dans des polycristaux ou des monocristaux en couche mince. La résolution latérale sera de l'ordre de 0.5x0.5 micron². La technique est de type "micro-Laue", et consiste à balayer la surface de l'échantillon en x,y avec un microfaisceau X polychromatique. A chaque position (x,y), le grain monocristallin illuminé par le faisceau donne naissance à un diagramme de diffraction de Laue (ensemble de taches) qu'on enregistre sur un détecteur 2D. L'analyse de ce diagramme de Laue permet de remonter à l'orientation du grain et à son état de déformation. Plus précisément, le diagramme de Laue permet de remonter à la partie déviatorique du tenseur de déformation (cisaillement et changement du rapport d’aspect de la maille). Pour déterminer la partie non-déviatorique (dilatation globale) il faut mesurer la longueur d’onde d’une des taches de Laue, soit en monochromatisant le faisceau incident soit en analysant le faisceau diffracté en longueur d’onde (en gardant un faisceau incident polychromatique).

La station de microdiffraction est opérationnelle depuis Mars 2006. L'installation de cette station, qui a impliqué une jouvence totale de l'optique de la ligne BM32, est le fruit d'une collaboration entre le CEA / DRFMC (SP2M et SPrAM), le CNRS (UMR 5819 SPrAM, Laboratoire de Cristallographie et SERAS) et le LETI.

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