Phase Transition in Vanadium Dioxide Induced by Friction
Abstract
Le dioxyde de vanadium (VO2) est un materiau avec une transition de phase qui se passe vers une temperature de 68°C. C'est un materiau important qui a fait l'objet de nombreuses etudes au cours des dernieres decennies, et plusieurs applications ont ete demontrees en optique. A ce jour, les etudes ont trouve que la transition de phase peut etre induite par le chauffage ambiant; par courant electrique (l'effet Joule); par excitation optique, et par stress mecanique. Dans la presente these, nous demontrons que le frottement est une methode alternative pour induire la transition de phase dans le VO2. En effet, le flux thermique cree a l'interface entre le VO2 et un materiau qui glisse peut etre suffisant pour induire la transition de phase. Ainsi, nous avons pu mesurer l'effet du frottement sur les proprietes du VO2, en particulier la resistivite (electrique) et la reflectance (optique). Le flux minimal detectable est de l'ordre de 1 mW/cm2, ce qui ouvre la porte a d'interessantes applications, comme la detection du glissement. Cependant, la majorite de donnees ont ete faites avec la reflectance, et ce; pour deux raisons : la sensibilite est meilleure, et la fabrication plus facile pour des echantillons de hautc qualite. Nous avons etudie et simule theoriquement les principales variables qui affectent la transition de phase par frottement, comme la pression de frottement, la vitesse de glissement, le coefficient de frottement, la temperature d'operation et la conductivite thermique du substrat. Nous avons fait une modelisation de la diffusion de chaleur dans un echantillon pour voir les effets la temperature induite. Nous avons cree plusieurs echantillons sous forme de couches minces (environ 100 nm d'epaisseur) sur des substrats de verre et de saphir. En comparant le modele avec les donnees experimentales, nous avons trouve une bonne correlation. Par exemple, la theorie predit que la reponse de la chaleur serait plus rapide pour le saphir. A vec les resultats experimentaux, nous avons obtenu un temps caracteristique de relaxations pour le saphir qui est 75 fois plus rapide que le verre. Les travaux futurs possibles considereront des materiaux comme le silicium pour augmenter la conductivite thermique et la diffusivite thermique et ainsi augmenter la rapidite. L'utilisation de faisceaux sondes polarises du faisceau de sondes pourraient ameliorer la sensibilite. Aussi, l'epaisseur de la couche de VO2 et l'angle d'incidence du faisceau sonde pourraient etre optimises. Pour les applications, la methode de detection par resistivite electrique pourrait permettre un design tout-electronique de capteur capable de mesurer les petits mouvements de glissement. Enfin, un nouvelle methode pour mesurer les coefficients de frottement sans directement mesurer la force de frottement pourrait decouler de cette recherche.
- Publication:
-
Masters Thesis
- Pub Date:
- 2019
- Bibcode:
- 2019MsT.........13H
- Keywords:
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- Physics;Astronomy