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Cristallographie + diffraction.pdf


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Aperçu texte


Chapitre 1

Structure des cristaux
1.1

Introduction et historique

La physique des solides est l’´etude des propri´et´es macroscopiques d’un solide `a partir de
ses grandeurs microscopiques. Ceci implique une connaissance de la structure du solide que
l’on ´etudie. La physique des solides s’est principalement d´evelopp´ee `a partir de la d´ecouverte
de la diffraction des rayons X par Von Laue en 1912. Depuis, les techniques de diffraction
(diffraction des rayons X, des neutrons et des ´electrons) occupent une place `a part dans
l’´etude des mat´eriaux car elles s’interpr`etent `a partir de th´eories simples et extrˆemement
bien connues.
Le but de ce cours est l’introduction aux diff´erentes structures des solides ordonn´es
et d´esordonn´es et aux m´ethodes exp´erimentales permettant d’obtenir ces structures. Ces
techniques permettent d’acc´eder `a la structure d’un solide (comment les atomes sont plac´es
les uns par rapport aux autres), sa dynamique (comment ces atomes bougent) et sa structure
magn´etique (comment les moments magn´etiques ´el´ementaires sont orient´es).
L’historique ci-dessous donne les dates de quelques d´ecouvertes ou inventions importantes
qui ont marqu´e notre compr´ehension des structures des solides (voir aussi § 2.7).
1781 : Ren´e-Just Ha¨
uy propose que la r´egularit´e des formes ext´erieures d’un cristal refl`ete
exactement l’arrangement des ´el´ements qui le constituent. R.-J. Ha¨
uy est consid´er´e comme
le p`ere de la cristallographie.
1849 : Auguste Bravais ´etablit l’existence des 14 types de r´eseaux.
1879 : L´eonard Sohncke identifiait 66 groupes de sym´etrie et ouvrait la voie `a Schoenflies
et Fedorov, qui ´etablirent les 230 groupes d’espace.
1895 : D´ecouverte des rayons X par R¨ontgen `a W¨
urzburg (Allemagne). Le « X » indiquait
que la nature de ces rayons ´etait inconnue.
1896 : D´ecouverte de la radioactivit´e par Becquerel (en cherchant, apr`es une suggestion
d’Henri Poincar´e, si certains sels d’uranium, qui ´etaient fluorescents, n’´emettaient pas des
rayons X).
1897 : D´ecouverte de l’´electron par J. J. Thomson. (Suivi en 1900 du mod`ele de Drude
sur la th´eorie ´electronique des ph´enom`enes de transport).
En trois ans, la physique classique ´etait boulevers´ee.
1912 : Von Laue, Friedrich, Knipping : les rayons X sont des ondes, le cristal est un arrangement p´eriodique d’atome (Diffraction sur ZnS). La physique des solides peut s’appuyer
d´esormais sur une connaissance sˆ
ure de la structure des mat´eriaux qu’elle ´etudie.
1913 : Les Bragg, p`ere et fils, donnent une interpr´etation simple de la diffraction (NaCl,
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