PHONONS
Instabilités liées aux phonons
Instabilités structurales
Modes mous
Encyclopædia Universalis France
De nombreux composés métalliques ou ioniques présentent des transitions structurales ; en général, il s'agit d'un abaissement de la symétrie cristalline en dessous d'une température critique Tc. Il peut provenir soit d'un déplacement d'atomes à l'intérieur de la maille élémentaire (cas des perovskites Ba TiO3, Sr TiO3, etc.), soit d'une déformation élastique de la maille qui affecte la géométrie de celle-ci (cas de Nb3Sn, de TmVO4), soit d'une modulation sinusoïdale du paramètre de la maille (métaux organiques quasiunidimensionnels, NbSe2), soit d'une transition ordre-désordre quand certains groupements atomiques possèdent deux positions d'équilibre (phosphate KH2PO4, NH4Br, etc.). Toutes ces transitions sont accompagnées d'une diminution des fréquences de vibration de certains modes qui peuvent même s'annuler à Tc si la transition est du deuxième ordre. L'origine de ces instabilités, ou modes mous, est diverse ; dans les métaux, elle est liée à l'écrantage des forces ions-ions par les électrons de conduction : cet effet est particulièrement prononcé dans les métaux de basse dimensionnalité et pour des vecteurs d'ondes k qui joignent des régions à grande densité d'états de la surface de Fermi ; dans les cristaux ioniques, elle est liée à la compensation entre forces répulsives à courte portée et forces attractives à longue portée, induites par la polarisation diélectrique : le degré de compensation peut dépendre de la température par l'intermédiaire d'effets anharmoniques ; l'effet Jahn-Teller coopératif est une autre possibilité : le changement de symétrie lève la dégénérescence de certains niveaux électroniques et abaisse l'énergie du système. Toutes ces transitions de phase sont très étudiées car elles sont fondamentales pour la compréhension de phénomènes aussi divers que la ferro-électricité, la transition métal-isolant, l'optimisation des propriétés supraconductrices...
Fusion
Le rôle des phonons dans le phénomène de fusion est attesté par l'étroite corrélation qu'il y a entre les températures de fusion Tf et l'amplitude des vibrations atomiques. Qualitativement, on constate qu'un solide fond quand le carré moyen des amplitudes de vibration dépasse une fraction empirique de la distance interatomique (critère de Lindemann). Il existe de même des corrélations entre les valeurs de Tf et le coefficient de dilatation thermique. La transition solide-liquide reste cependant mal comprise à ce jour, du fait de notre mauvaise connaissance de l'état liquide. On peut montrer, cependant, qu'il n'existe plus de phonons transverses dans un solide au-dessus d'une température critique, si on admet que la force qui agit sur un atome résulte d'une moyenne thermodynamique sur l'ensemble des configurations atomiques. Cette instabilité annonce peut-être l'état liquide, qui est précisément caractérisé par l'absence de modes acoustiques transverses.
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Écrit par
- Jean-Paul BURGER : professeur à l'université de Paris-XI, Orsay
Classification
Médias
Chaînes atomique et moléculaire : dispersion
Encyclopædia Universalis France
Interactions entre phonons et d'autres particules
Encyclopædia Universalis France
Modes mous
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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BOSONS ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Bernard PIRE
- 2 872 mots
Signalons pour terminer l’importance des bosons comme quasi-particules décrivant le comportement collectif des atomes d’un solide. Les phonons représentent les vibrations collectives d'un ensemble d'atomes en interactions, lorsqu’on passe d’une description classique à une description quantique... -
BOSONS ET FERMIONS
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 709 mots
- 1 média
...particules élémentaires ou non, des quasi-particules essentielles pour la compréhension de divers systèmes physiques sont de type bosonique ; ainsi, les phonons qui quantifient des oscillations mécaniques dans les solides, ou les plasmons qui décrivent les oscillations collectives d’un gaz d’électrons... -
HYPERSONS
- Écrit par Pierre TOURNOIS
- 2 744 mots
- 3 médias
À côté de l'interaction phonon acoustique-phonon thermique responsable de l'atténuation des hypersons, de nombreux autres effets d'interactions peuvent exister : l'effet des dislocations, la diffraction par les défauts cristallins, les effets thermo-élastique, acousto-électrique dans les milieux... -
IMAGERIE TÉRAHERTZ
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 427 mots
- 1 média
...ayant un fort moment dipolaire – les molécules d’eau, par exemple – ainsi qu’avec certains cristaux, par l’excitation de leurs vibrations collectives (ce qu’on appelle les phonons) et la libération de porteurs de charges libres dans le cas de métaux ou de semi-conducteurs. La capacité de l’onde à... - Afficher les 9 références
