Ondes de chaleur dans un alliage à haute entropie : entre cristal et verre
Shelby Turner, Valentina Giordano et Stéphane Pailhès (équipe Energie), en collaboration avec des collègues de Paris, Grenoble et d’Allemagne, ont publié un article intitulé "Phonon behavior in a random solid solution: a lattice dynamics study on the high-entropy alloy FeCoCrMnNi" dans la revue Nature Communications.
Un alliage à haute entropie est un cristal constitué d’une maille élémentaire simple mais dont l’occupation des sites est équiprobable entre plusieurs atomes de nature différente. Il s’en suit un très fort désordre chimique malgré la structure périodique ordonnée. Cela leur confère des propriétés mécaniques et thermiques remarquables. On observe que leur conductivité thermique est bien plus basse que dans les matériaux simples qui les composent, et plus proches de celles des verres. Pour comprendre cette propriété, les auteurs ont étudié les ondes élémentaires du transport de la chaleur, les phonons, par des approches spectroscopiques de neutrons et de rayons X. Il s’avère que le spectre des phonons s’étend sur une large gamme de vecteurs d’onde et d’énergie, contrairement aux verres, mais que leur atténuation est plus importante que dans un cristal. Ces observations démontrent la singularité de la thermique des alliages à haute entropie à la frontière entre désordre et complexité structurale.
L’alliage à haute entropie est représenté avec pour chaque position atomique une equiprobabilité d’être occupé par un élément différent (5 couleurs sur l’atome). Une onde avec une longueur d’onde égale à deux fois la cellule unitaire (carré en tirets) se propage longuement (en noir). Quand la longueur d’onde est égale à la cellule unitaire, l’onde est fortement amortie (bleu).