PRESSIONS PHYSIQUE & CHIMIE DES HAUTES

Transitions isolant-conducteur

La compression d'une substance isolante ou semi-conductrice agit fortement sur l'évolution de sa structure électronique. En effet, les bandes d'énergie s'élargissent et se déplacent, quand la distance interatomique décroît, et, pour une pression donnée, il se produit un recouvrement de certaines de ces bandes, se traduisant par une délocalisation d'électrons, et donc par l'apparition de l'état conducteur. Ainsi, des transitions isolant-conducteur ont été observées pour le silicium à 15 GPa, pour le germanium à 11 GPa ainsi que pour les composés des séries III-V (GaAs, GaP), II-VI (ZnS, ZnSe, CdS, CdTe) et I-VII (CuCl, CuBr). Les transitions se produisent avec un changement de structure cristalline et une variation importante de la résistivité électrique.

Des transitions isolant-conducteur ont été aussi observées pour des cristaux moléculaires. Par exemple, dans le cas de l'iode on a trouvé une variation importante de sa résistivité, suivant l'orientation du cristal, entre 13 et 17 GPa. Pour des pressions plus élevées jusqu'à 20 GPa, l'iode devient un métal diatomique, qui se transforme à 20,5 GPa en un métal monoatomique, avec une très faible variation de volume.

Dans le cas des gaz rares, solides sous pression, les analyses théoriques ont montré que pour le xénon on devait obtenir l'état métallique au-delà de 100 GPa. Expérimentalement, cette valeur de la pression de transition a été confirmée par l'étude du déplacement du bord d'absorption de la lumière. Par ailleurs, de nombreux essais ont été effectués pour transformer l'hydrogène moléculaire en un métal ; cette transition devrait se situer entre 200 et 600 GPa.

On a aussi observé la transition isolant-conducteur dans les cristaux ioniques, comme l'iodure de thallium.

Transitions électroniques dans les métaux

Les transitions électroniques dans les métaux sont dues à une modification de la distribution des électrons sur les couches électroniques, et ont été observées en particulier dans les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux et les terres rares. Ainsi, comme il a été indiqué plus haut, le césium subit au voisinage de 4 GPa une contraction accompagnée d'une brusque augmentation de sa résistivité électrique. Ce phénomène a été interprété comme le passage d'un électron 6s sur la couche électronique 5d. Dans le cas du cérium, une anomalie de la résistance électrique à 700 MPa a été associée à un saut d'un électron 4f sur la couche électronique 5d.

Supraconductivité

La variation avec la pression des températures de transition T_c et des champs critiques H_c a été étudiée pour les supraconducteurs de type I et II. En outre, environ un tiers des éléments et de nombreux composés deviennent supraconducteurs dans leurs phases haute pression. Les premiers supraconducteurs organiques ont été découverts sous pression : le composé (TMTSF)₂ PF₆ devient supraconducteur au-dessus de 600-800 MPa, à la température de 1,2 K. Signalons pour terminer que certaines théories ont prédit que la forme métallique de l'hydrogène devrait avoir la particularité remarquable d'avoir une température de transition élevée de l'état supraconducteur.

Magnétisme

On étudie les interactions dans les systèmes magnétiques sous pression par[...]