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RESUME

Introduction : Le fer est le métal le plus utilisé dans le monde. Le fer cristallise dans la structure cubique centré BCC (Body Centered Cubic) dans les conditions normales de température et de pression. Au-dessus de 912°C, il bascule dans la structure cubique à faces centrées FCC (Face Centered Cubic). Par ailleurs, le fer de structure FCC ou fer γ est très recherché pour ses propriétés mécaniques et magnétiques. Objectif : L’objectif de ce travail est d’obtenir de couches minces de fer de structure FCC en utilisant de substrat de structure FCC comme le cobalt et le nickel. Méthodes : Dans ce travail, nous avons utilisé la simulation numérique basée sur la Dynamique Moléculaire classique. Les interactions entre les atomes du système ont été modélisées par le potentiel EAM (Embedded Atom Method). Nous avons constitué un substrat soit en cobalt soit en nickel. Ce substrat est porté à une température de 300°K. Nous avons ensuite déposé sur ce substrat les atomes de fer pour former des couches. Les atomes de fer ont une énergie initiale de 1eV. Lorsque tous les atomes de fer son déposés, nous avons étudié et comparé les structures des couches obtenues. L’étude des structures consiste à déterminer les distances intercouches et les distances interatomiques. Résultats : Pour le système Fe/Co, les distances interatomiques sont de 2.55Å pour la 2^ème couche et 2.54Ǻ pour la 3^ème couche. Pour la 1^ère couche ainsi que la 4^ème à la 8^ème couche, ces distances varient de 2.43Ǻ à 2.49Ǻ. Ces valeurs montrent que le fer a la structure FCC dans la 2^ème et 3^ème couche et la structure BCC dans les autres. Pour le système Fe/Ni, les distances interatomiques pour la 1^ère à la 5^ème couche varient de 2.54Å à 2.58Å et pour la 6^ème à la 8^ème couche ces distances varient de 2.45Å à 2.51Å. D’après ces valeurs, les cinq premières couches de fer ont une structure FCC tandis que les couches supérieures ont une structure BCC. D’après ces résultats, on constate que l’on obtient du fer de structure FCC plus stable pour le système Fe/Ni que pour le système Fe/Co. Conclusions : Dans cette étude, les résultats des deux systèmes Fe/Co et Fe/Ni montrent que l’on peut obtenir du fer FCC pour quelques couches si l’on utilise un substrat de structure FCC. Néanmoins, la température de 300°K du système induit la présence des structures BCC. La structure du substrat ainsi que la température sont donc deux paramètres importants pour obtenir du fer de structure FCC.
Mots-clés: Couches minces, Fer, Cobalt, Nickel, Dynamique moléculaire classique, potentiel EAM.

ABSTRACT

Introduction: Iron is the most used metal in the world. Iron crystallizes in the BCC (Body Centered Cubic) structure under normal conditions of temperature and pressure. But above 912°C, it switches to the FCC (Face Centered Cubic) structure. Iron with FCC structure or γ iron is highly preferred for its mechanical and magnetic properties. Objective: The objective of this work is to obtain thin films of iron with FCC structure using substrate with FCC structure such as cobalt and nickel. Methods: In this work, we used numerical simulation based on classical Molecular Dynamics. The interactions between the atoms of the system were modeled by the potential EAM (Embedded Atom Method). We first prepared a substrate either in cobalt or in nickel. This substrate is brought to a temperature of 300° K. We then deposited the iron atoms on this substrate to form layers. Iron atoms have an initial energy of 1eV. When all the iron atoms have been deposited, we studied and compared the structures of the layers obtained. The study of structures consists to determine the interlayer distances and the interatomic distances. Results: For the Fe/Co system, the interatomic distances are 2.55Å for the 2^nd layer and 2.54Å for the 3^rd layer. For the 1^st layer as well as the 4^th to the 8^th layer, these distances vary from 2.43Å to 2.49Å. These values show that the iron has the FCC structure in the 2^nd and 3^rd layer and the BCC structure in the others. For the Fe/Ni system, the interatomic distances for the 1^st to the 5^th layer vary from 2.54Å to 2.58Å and for the 6^th to the 8^th layer, these distances vary from 2.45Å to 2.51Å. From these values, the first five layers of iron have an FCC structure while the upper layers have a BCC structure. From these results, it can be seen that iron with FCC structure obtained from Fe/Ni system is more stable than iron with FCC structure obtained from the Fe/Co system. Conclusion: In this study, the results of the two systems Fe/Co and Fe/Ni show that FCC iron can be obtained for a few layers if a substrate with FCC structure is used. Nevertheless, the temperature of 300°K of the system induces the presence of BCC structures. The structures of the substrate as well as the temperature are therefore two important parameters to obtain iron with an FCC structure.
Keywords: Thin films, Iron, Cobalt, Nickel molecular dynamics, EAM potential.