Ref HAL: tel-02560772_v1
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Résumé:

Les nanocomposites de polymères, systèmes de polymères contenant des nanoparticules (NP), sont des systèmes fascinants qui ont de nombreuses applications en science des matériaux, en biologie et en médecine, mais qui posent également des défis en physique théorique. L’un des problèmes fondamentaux de la physique des nanocomposites est de comprendre comment la structure et la dynamique du système dépendent de paramètres clés, tels que la taille et la fraction volumique des NP et la taille typique du maillage polymère. Dans cette thèse, nous utilisons des simulations de dynamique moléculaire pour étudier les propriétés structurelles et dynamiques des NP incorporées dans des nanocomposites de polymères liquides et solides. Nous observons que lorsque des NP faiblement attractives et bien dispersées sont ajoutées à une solution de polymères dense, les polymères et les NP subissent un ralentissement dynamique. Nous trouvons que, en accord qualitatif avec les expériences, ce ralentissement dynamique est capturé par un paramètre de confinement sous la forme h/λ, où h est la distance moyenne entre les surfaces des NP voisines (interparticle distance). Nous pouvons montrer que pour les NP, λ peut être interprété comme le rayon hydrodynamique des NP, alors que pour les polymères il se comporte comme une échelle de longueur de coopérativité. En simulant des réseaux de polymères polydispersés désordonnés contenant des NP purement répulsives, nous constatons que les petites NP peuvent diffuser librement à travers le maillage d’enchevêtrement, tandis que les grosses NP sont piégées de façon transitoire et ne peuvent se déplacer que par une séquence de “sauts” (mouvement de hopping). Nous constatons que le paramètre contrôlant la localisation des NP est le rapport entre le diamètre des NP et la longueur de localisation des crosslinks. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode pour caractériser le maillage géométrique dans les liquides de polymères, une quantité importante pour décrire la diffusion des NP dans un milieu désordonné.

Ref HAL: tel-02490838_v1
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Résumé:

Comprendre la nature fondamentale de la transition vitreuse et des solides amorphes est au cœur d’un vaste effort de recherche. La description théorique des solides vitreux reste essentielle- ment phénoménologique. Ce travail explore l’hypothèse selon laquelle une nouvelle phase amorphe de la matière expliquerait naturellement leurs propriétés physiques. Nous analysons la thermodynamique des verres dans la limite de dimension infinie. Cette théorie exacte de champ moyen prédit deux phases vitreuses, une "simple" et une "marginalement stable", séparées par une transition de Gardner. Nous démontrons que les verres sont marginalement stables dans une grande variété de conditions physiques, couvrant des régimes pertinents pour décrire la matière granulaire, les mousses, les émulsions, les colloïdes durs et mous, ainsi que les verres moléculaires. Nous confrontons nos prédictions théoriques à des simulations numériques en trois dimensions. Nous développons un algorithme numérique efficace qui crée des verres très stables. Nous montrons que les verres colloïdaux et granulaires sont marginalement stables: ils évoluent dans un paysage hiérarchique et présentent des excitations délocalisées de basse énergie. Dans ce régime, des variations cycliques de la température donnent lieu à des effets de rajeunissement et de mémoire, précédemment observés dans les verres de spin. En revanche, le comportement des verres moléculaires est régi par des défauts localisés, dont les propriétés quantiques à basse température sont également analysées. Nous étudions le rôle de l’entropie configurationnelle dans le ralentissement dynamique qui accompagne la formation du verre. Nous mesurons l’entropie configurationnelle dans des liquides à très basse température, et analysons les théories thermodynamiques de la transition vitreuse.

Ref HAL: hal-02445176_v1
Ref Arxiv: 1811.03171
DOI: 10.21468/SciPostPhys.7.6.077
WoS: 000505803200006
Ref. & Cit.: NASA ADS
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4 Citations
Résumé:

We study the equilibrium statistical properties of the potential energy landscape of several glass models in a temperature regime so far inaccessible to computer simulations. We show that unstable modes of the stationary points undergo a localization transition in real space close to the mode-coupling crossover temperature determined from the dynamics. The concentration of localized unstable modes found at low temperature is a non-universal, finite dimensional feature not captured by mean-field glass theory. Our analysis reconciles, and considerably expands, previous conflicting numerical results and provides a characteristic temperature for glassy dynamics that unambiguously locates the mode-coupling crossover.

Ref HAL: hal-02437145_v1
DOI: 10.1007/s10955-019-02380-7
WoS: 000494046700002
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Résumé:

We raise the question whether a simple model for traffic, generic but based on microscopic rules, can provide an additional angle for interpreting flow through a road system. Using the totally simple exclusion process (TASEP) on a road segment with ramps, we show that measuring the flow directly at the road junctions may be a useful setup. We show that the presence of junctions affects the characterisation of traffic, suggesting that interpretations in terms of a 2-phase or a 3-phase description may be complementary, rather than contradictory. We furthermore argue that hysteresis-like features can appear in a system with junctions, which is intriguing as the TASEP dynamics as such do not lead to hysteresis. We discuss our findings in the light of boundary-driven phase transitions.

Ref HAL: hal-02358674_v1
PMID 31704936
DOI: 10.1038/s41467-019-13010-x
WoS: 000495393400002
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6 Citations

Ref HAL: hal-02358763_v1
Ref Arxiv: 1903.09108
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.175501
WoS: WOS:000491998300008
Ref. & Cit.: NASA ADS
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1 Citation
Résumé:

Ultrastable vapor-deposited glasses display uncommon material properties. Most remarkably, upon heating they are believed to melt via a liquid front that originates at the free surface and propagates over a mesoscopic crossover length, before crossing over to bulk melting. We combine swap Monte Carlo with molecular dynamics simulations to prepare and melt isotropic amorphous films of unprecedendtly high kinetic stability. We are able to directly observe both bulk and front melting, and the crossover between them. We measure the front velocity over a broad range of conditions, and a crossover length scale that grows to nearly $400$ particle diameters in the regime accessible to simulations. Our results disentangle the relative roles of kinetic stability and vapor deposition in the physical properties of stable glasses.

Commentaires: 7 pages, 6 figures; accepted for publication in Phys. Rev. Lett. Réf Journal: Phys. Rev. Lett. 123, 175501 (2019)

Ref HAL: hal-02302300_v1
Ref Arxiv: 1905.08179
DOI: 10.1063/1.5113477
WoS: WOS:000483889300020
Ref. & Cit.: NASA ADS
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9 Citations
Résumé:

We perform stringent tests of thermodynamic theories of the glass transition over the experimentally relevant temperature regime for several simulated glass-formers. The swap Monte Carlo algorithm is used to estimate the configurational entropy and static point-to-set lengthscale, and careful extrapolations are used for the relaxation times. We first quantify the relation between configurational entropy and the point-to-set lengthscale in two and three dimensions. We then show that the Adam-Gibbs relation is generally violated in simulated models for the experimentally relevant time window. Collecting experimental data for several supercooled molecular liquids, we show that the same trends are observed experimentally. Deviations from the Adam-Gibbs relation remain compatible with random first order transition theory, and may account for the reported discrepancies between Kauzmann and Vogel-Fulcher-Tammann temperatures. Alternatively, they may also indicate that even near $T_g$ thermodynamics is not the only driving force for slow dynamics.

Commentaires: 13 pages, 8 figures. Réf Journal: J. Chem. Phys. 151, 084504 (2019)