cristallographie - physique.

« 4.1 La diffraction de Bragg Quand on envoie un faisceau de particules de même énergie sur un cristal, il se produit un phénomène remarquable d'interférences constructives, appelé diffraction, où lesparticules, au lieu d'être déviées de façon continue dans toutes les directions de l'espace, ne le sont que selon certaines directions privilégiées (loi de Bragg),caractéristiques des plans atomiques du cristal.

C’est ce phénomène qui permet de déterminer les positions relatives des atomes dans le cristal, ce qu’on appelle la structureatomique, en analysant quantitativement les intensités recueillies dans les différentes directions de diffraction de l’espace. 4.2 La diffraction par les rayons X Les ondes électromagnétiques, et en particulier les rayons X, sont sensibles à la densité électronique déterminée par la distribution des électrons au sein du matériau.

Avecune bonne approximation, on montre que le pouvoir de diffraction du cristal dans une direction donnée peut s’obtenir à l’aide d’une transformation mathématique simple,dite transformée de Fourier, appliquée à la densité électronique du cristal.

Après obtention de la figure de diffraction, il suffit alors de réaliser la transformée de Fourierinverse : on obtient ainsi une cartographie de la distribution des électrons au sein du cristal à partir de laquelle il est facile de déduire la position des atomes, les électronsse localisant plus particulièrement autour des noyaux atomiques.

C’est grâce à cette méthode puissante et précise, qu’ont été déterminées les structures atomiques descristaux, en particulier ceux d’origine organique (notamment, pour les plus célèbres, l’insuline et l’ADN), dont la connaissance a permis de comprendre les mécanismesréactionnels à la base de l’activité de certains constituants pharmacologiques. 4.3 La diffraction par les électrons Les microscopes électroniques actuels permettent d’obtenir directement sur un écran les figures de diffraction engendrées par des lames minces cristallines.

Les électronsincidents, accélérés par des accélérateurs de particules à des énergies moyennes de 200 keV (kiloélectronvolts), ont un comportement ondulatoire analogue à celui desrayons X, qui est à l’origine du phénomène de diffraction.

Celui-ci est dû à la forte interaction entre le potentiel électrique du cristal et les électrons incidents.

Le calcul dediffraction du pouvoir du cristal est plus compliqué que dans le cas des rayons X et requiert l’introduction de techniques directement issues de la physique quantique.

Cedésavantage est largement compensé par la possibilité d’obtenir, directement et en temps réel, une image du cristal à l’échelle atomique, qui montre la répartition descolonnes d’atomes perpendiculairement au faisceau incident.

On peut ainsi observer les défauts locaux d’empilement, par exemple les joints de grains qui sont responsablesde nombreuses propriétés macroscopiques des matériaux, propriétés électroniques (jonctions dans les semi-conducteurs) ou mécaniques.

De même, il est possibled’observer et de caractériser les dislocations dans les métaux. 4.4 La diffraction par les neutrons La plus récente des techniques cristallographiques, la diffraction par les neutrons, ajoute une nouvelle dimension aux deux précédentes, grâce aux propriétés spécifiques deces particules.

La diffraction est gouvernée par les chocs éventuels des neutrons incidents avec les noyaux des atomes du cristal.

Le pouvoir de diffraction du cristal dépendde la nature des noyaux des atomes et varie significativement selon les différents isotopes d’un même élément chimique.

C’est ainsi que l’hydrogène, élément chimique leplus léger de la nature, peut être substitué par du deutérium, dont le pouvoir de diffraction est élevé, ce qui permet de le localiser dans les molécules constituant lescristaux, venant ainsi compléter les techniques précédentes qui sont, elles, peu sensibles aux éléments légers.

Autre avantage, les neutrons possèdent un momentmagnétique de spin qui les rend sensibles aux champs magnétiques régnant au sein des cristaux.

Ils constituent un outil de choix pour étudier les propriétés magnétiquesdes matériaux. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.

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