L'état cristallin

1 La géométrie du réseau cristallin

Un cristal est construit à partir de n atomes constituant la base, la base étant répétée périodiquement suivant 3 vecteurs fondamentaux a , b , c widevec {a}, widevec {b}, widevec {c} appelés vecteurs primitifs.

Rq.: la base est parfois appelée motif.

Ayant choisi dans un cristal une origine quelconque O, on retrouve en tout point A du cristal tel que :

OA = n 1 . a + n 2 . b + n 3 . c widevec {OA} = n _{1}.widevec {a} + n _{2}.widevec {b} + n _{3}.widevec {c}

n1, n2, n3 entiers quelconques, le même environnement atomique qu'au point O.

L'ensemble des points A définis à partir de O constitue un réseau géométrique de points.

Les points A sont les nœuds du réseau.

Le parallélépipède construit sur les 3 vecteurs fondamentaux a , b , c widevec {a}, widevec {b}, widevec {c} est une maille cristalline.

A chaque réseau correspond donc plusieurs mailles. On appelle maille élémentaire la maille pour laquelle les longueurs a, b, c sont minimales.

Elle ne contient qu'1 nœud en propre pour quelques corps simples.

C'est un parallélépipède dont les sommets sont les 8 nœuds correspondants aux 8 mailles adjacentes.

Il est parfois avantageux, pour décrire un cristal, de considérer une maille plus grande que la maille élémentaire.

Prenons l'exemple d'une maille élémentaire rhomboédrique, c'est-à-dire bâtie sur 3 vecteurs a , b , c widevec {a}, widevec {b}, widevec {c} égaux et formant entre eux des angles de 60°.

Plutôt que cette maille élémentaire, il est plus aisé de considérer la maille bâtie sur 3 vecteurs A , B , C widevec {A} , widevec {B} , widevec {C} définis par : A = a + b c , B = a b + c et C = a + b + c widevec {A} = widevec {a} + widevec {b} - widevec {c} ,~widevec {B} = widevec {a} - widevec {b} + widevec {c} ~et ~widevec {C} = -widevec {a} + widevec {b} + widevec {c}

Ces 3 vecteurs sont égaux de longueur a 2 a sqrt{2}

Fondamental

La maille correspondante est cubique, elle a un nœud en chaque sommet et au milieu de chaque face. Elle est dite Cubique à Faces Centrées (CFC).

La maille cubique possède 4 nœuds en propre (voir calcul ) alors que la maille rhomboédrique n'en a qu'un seul. La maille cubique est donc 4 fois plus volumineuse que la maille élémentaire.

2 Les systèmes cristallins

Une maille quelle qu'elle soit et par suite un système cristallin est donc caractérisé par les 6 paramètres suivants :

  • les longueurs a, b, c des 3 vecteurs,

  • les angles α, β, γ qu'ils font entre eux.

Selon la valeur de ces 6 paramètres, on définit 7 systèmes cristallins.

Parmi ces systèmes, selon la position des nœuds du réseau, on définit 14 réseaux de Bravais

14 réseaux de Bravais