« Structure blende » : différence entre les versions

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Représentation de la structure cristalline blende. Les liaisons sont indiquées entre les deux types d'atomes.

La structure cristalline blende, aussi parfois appelée sphalérite ou blende de zinc (notamment en anglais: zinc-blende ou zincblende), est une structure dérivée de la structure cubique à faces centrées (CFC) composée de deux espèces atomiques différentes. La structure est similaire à la structure diamant et à la structure fluorite. La structure blende est la structure crystalline de la majorité des semiconducteurs III-V, fondamentalement importants à l'industrie de l'optoélectronique. Ces semi-conducteurs cristallisent aussi souvent dans la structure wurtzite.

Description

Le groupe d'espace de cette structure est appelée F43m (dans la notation Hermann–Mauguin), ou 216^[1]. La designation Strukturbericht est B3^[2]. Cette structure peut être décrite de différentes façons, similairement à la structure diamant, notamment :

soit comme deux mailles d'un cristal de type CFC enchevêtrées, l'une formée uniquement un atome A et l'autre uniquement avec l'atome X, décalées d'un vecteur (1/4 ; 1/4 ; 1/4). En d'autres termes, un cristal dont le système cristallin est CFC, mais dont le motif est composés de deux atomes différentes séparés par un vecteur (1/4 ; 1/4 ; 1/4).
soit comme la maille d'un cristal CFC formé de l'atome A dont quatre des huit sites tétraédriques sont occupés par des atomes X, deux dans la moitié basse du cube, suivant une petite diagonale, et deux dans la moitié haute, suivant l'autre petite diagonale. Un site tétraédrique d'une maille CFC est le centre du plus petit tétraèdre formé quatre atomes de la même espèce, par exemple par un atome au coin du cube et les trois atomes au centre de chacune des faces se rejoignant dans ce même coin.

Nombre d'atomes par maille

La structure cristalline blende comporte 4 atomes de chaque type dans la maille, soit le double d'une structure CFC compacte. Ceci peut être visualisé de plusieurs manières.

En considérant que la structure est formée de deux structures monoatomiques CFC et qu'il y a 4 noeuds dans chaque maille.
En considérant que la structure est cubique face centrée avec 2 atomes par motif cristallin à chacun des quatre noeuds.
En considérant que la structure est cubique face centrée avec des atomes placés à quatre des huit sites interstitiels tétraédriques.

Liaisons

Tous les atomes de chaque espèce sont sur des sites équivalents, coordinés de façon tétraédrique. Chaque atome est au centre d'un tétraèdre régulier imaginaire formé par quatre atomes de l'espèce opposée et forme une liaison avec ceux-ci.

Matériaux cristalisant dans cette structure

Le nom de cette structure provient du minéral sphalérite, aussi appelé blende (ZnS), qui cristallise dans cette structure. La plupart des composés de type I-VII, II-VI (CdS, ZnSe, CdSe, CdTe, ZnTe, BeTe...) et III-V (GaAs, AlAs, InP...) cristallisent dans cette structure. La majorité d'entre-eux sont des semi-conducteurs.

Différences avec des structures cristallines similaires

Structure « diamant »

Pour l'article détaillé sur la structure diamant : Diamant (cristal).

Les structures « diamant » et blende ont des atomes aux mêmes positions, mais dans la structure diamant, une seule espèce atomique est présente. Cette différence change la symétrie crystalline et par conséquent de nombreuses propriétés liées telles que les modes de vibrations et la variétés d'états de surface. La structure diamant est centrosymétrique tandis que la structure blende ne l'est pas. La symétrie est plus basse dans la structure bi-atomique: le groupe d'espace de la structure diamant est Fd3m tandis que celui de la blende est F43m.

Certains phénomènent absents dans la structure diamant apparaissent dans La structure blende:

Certains plans cristallins de la blende sont polaires, c'est à dire que la composante dipolaire perpendiculaire au plan est non-nulle. Cela a pour effet de changer la composition et l'énergie de certaines surfaces.
Les phonons optiques, triplement dégénérés dans la structure diamant, peuvent perdre leur dégénérescence et se séparer en un phonon longitudinal et en deux phonons dégénérés transverses d'énergie différente. Cette perte de dégénérescence due à l'intération entre le phonon et le plasmon^[3] n'est cependant pas fondamentale à la symmétrie du crystal et peut être récupérée en masquant le champ électrique^[4].

Structure fluorite

La structure fluorite, ou fluorine, appartient au groupe d'espace Fm3m. Cette structure est aussi une structure composée de deux types d'atomes différents basée sur la structure CFC. Dans la structure fluorite, les huit sites tétraédriques sont remplis au lieu de seulement quatre dans la structure blende. Ceci change la stoichiométrie. Il y a deux atomes d'une espèce pour chaque atome de l'autre espèce dans cette structure.

Structure wurtzite

Pour l'article détaillé sur la structure wurtzite : Wurtzite (cristallographie).

La structure cristalline wurtzite est décrite par la désignation Strukturbericht B4 et le symbole de Pearson hP4. Le numéro du groupe d'espace correspondant est 186 (selon la classification de l'union internationale de cristallographie) ou P6₃mc (selon la notation d'Hermann-Mauguin). Si la structure blende est l'équivalente bi-atomique de la structure diamant, alors la structure wurtzite est l'équivalente bi-atomique du diamant hexagonal (lonsdaléite). Dans cette structure, le sous-réseau cristallin de chacun des deux éléments n'est pas CFC mais hexagonal compact. De nombreux matériaux cristalisant dans la structure blende peuvent aussi cristaliser dans la structure wurtzite. La structure wurtzite est obtenue depuis la structure blende en déplaçant certains plans atomiques (111), comme illustré dans l'image à droite. La structure blende est formée d'un empilement de trois couches non-équivalentes dans la direction [111], tandis que la structure wurtzite n'a que deux couches non-équivalentes. Sur l'image, chaque sphère correspond à un motif d'un atome de chaque espèce.

Articles connexes

Liens externes

(en) « The Zincblende (ZnS) Structure », sur ilpi.com (consulté le 22 novembre 2020)

Notes et Références

Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Diamant (cristal) » (voir la liste des auteurs).

Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Système cristallin cubique » (voir la liste des auteurs).

Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Wurtzite (cristallographie) » (voir la liste des auteurs).

↑ L. Kantorovich, Quantum Theory of the Solid State, Springer, 2004 (ISBN 1-4020-2153-4, lire en ligne), p. 32
↑ (en) « The Zincblende (B3) Structure », sur homepage.univie.ac.at, 21 octobre 2004 (consulté le 22 novembre 2020)
↑ (en) C. H. Henry et J. J. Hopefield, « Raman scattering by polaritons », Physical Review Letters, vol. 15, n^o 25,‎ 20 décembre 1965, p. 964-966
↑ (en) A. Mooradian et G. B. Wright, « Observation of the interaction of plasmons with longitudinal optical phonons in GaAs », Physical Review Letters, vol. 16, n^o 22,‎ 30 mai 1966, p. 999-1001

[1] L. Kantorovich, Quantum Theory of the Solid State, Springer, 2004 (ISBN 1-4020-2153-4, lire en ligne), p. 32

[2] (en) « The Zincblende (B3) Structure », sur homepage.univie.ac.at, 21 octobre 2004 (consulté le 22 novembre 2020)

[3] (en) C. H. Henry et J. J. Hopefield, « Raman scattering by polaritons », Physical Review Letters, vol. 15, n^o 25,‎ 20 décembre 1965, p. 964-966

[4] (en) A. Mooradian et G. B. Wright, « Observation of the interaction of plasmons with longitudinal optical phonons in GaAs », Physical Review Letters, vol. 16, n^o 22,‎ 30 mai 1966, p. 999-1001

[1]

[2]

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 [[Image:Sphalerite-unit-cell-depth-fade-3D-balls.png|thumb|Représentation de la structure cristalline blende. Les liaisons sont indiquées entre les deux types d'atomes.]]
-La [[structure cristalline]] '''blende''', aussi parfois appelée '''sphalérite ''' ou '''blende de zinc''' (notamment en anglais: '''''{{lang|en|zinc-blende}}''''' ou '''''{{lang|en|zincblende}}'''''), est une structure dérivée de la structure [[cubique à faces centrées]] (cfc) composée de deux espèces atomiques différentes. La structure est similaire à la [[Diamant (cristal)|structure diamant]] et à la [[structure fluorite]]. La structure blende est la structure crystalline de la majorité des semiconducteurs III-V, fondamentalement importants à l'industrie de l'[[optoélectronique]]. Ces semi-conducteurs cristallisent aussi souvent dans la [[Wurtzite (cristallographie)|structure wurtzite]].
+La [[structure cristalline]] '''blende''', aussi parfois appelée '''sphalérite ''' ou '''blende de zinc''' (notamment en anglais: '''''{{lang|en|zinc-blende}}''''' ou '''''{{lang|en|zincblende}}'''''), est une structure dérivée de la structure [[cubique à faces centrées]] (CFC) composée de deux espèces atomiques différentes. La structure est similaire à la [[Diamant (cristal)|structure diamant]] et à la [[fluorine#Cristallographie|structure fluorite]]. La structure blende est la structure crystalline de la majorité des semiconducteurs III-V, fondamentalement importants à l'industrie de l'[[optoélectronique]]. Ces semi-conducteurs cristallisent aussi souvent dans la [[Wurtzite (cristallographie)|structure wurtzite]].
 == Description ==
+Le groupe d'espace de cette structure est appelée F{{overline|4}}3m (dans la [[Symboles de Hermann-Mauguin|notation Hermann–Mauguin]]), ou [[Groupe d'espace|216]]<ref>{{ouvrage|titre=Quantum Theory of the Solid State|auteur1=L. Kantorovich|page=32|url=https://books.google.com/books?id=YoI2-QvDoUAC&pg=PA32|éditeur=Springer|année=2004|isbn=1-4020-2153-4}}</ref>. La designation Strukturbericht est ''B3''<ref>{{Lien web |titre=The Zincblende (B3) Structure |url=https://homepage.univie.ac.at/michael.leitner/lattice/struk/b3.html |langue=en |date=2004-10-21 |site=homepage.univie.ac.at |consulté le=22 novembre 2020}}</ref>.
 Cette structure peut être décrite de différentes façons, similairement à la structure diamant, notamment :
-* soit comme deux [[maille (cristallographie)|mailles]] d'un cristal de type cfc enchevêtrées, l'une formée uniquement un atome A et l'autre uniquement avec l'atome X, décalées d'un vecteur (1/4 ; 1/4 ; 1/4). En d'autres termes, un cristal dont le système cristallin est cfc, mais dont le motif est composés de deux atomes différentes séparés par un vecteur (1/4 ; 1/4 ; 1/4).
+* soit comme deux [[maille (cristallographie)|mailles]] d'un cristal de type {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}} enchevêtrées, l'une formée uniquement un atome A et l'autre uniquement avec l'atome X, décalées d'un vecteur (1/4 ; 1/4 ; 1/4). En d'autres termes, un cristal dont le système cristallin est {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}}, mais dont le motif est composés de deux atomes différentes séparés par un vecteur (1/4 ; 1/4 ; 1/4).
-* soit comme la maille d'un cristal cfc formé de l'atome A dont quatre des huit sites tétraédriques sont occupés par des atomes X, deux dans la moitié basse du cube, suivant une petite diagonale, et deux dans la moitié haute, suivant l'autre petite diagonale. Un site tétraédrique d'une maille cfc est le centre du plus petit tétraèdre formé quatre atomes de la même espèce, par exemple par un atome au coin du cube et les trois atomes au centre de chacune des faces se rejoignant dans ce même coin.
+* soit comme la maille d'un cristal {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}} formé de l'atome A dont quatre des huit sites tétraédriques sont occupés par des atomes X, deux dans la moitié basse du cube, suivant une petite diagonale, et deux dans la moitié haute, suivant l'autre petite diagonale. Un site tétraédrique d'une maille {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}} est le centre du plus petit tétraèdre formé quatre atomes de la même espèce, par exemple par un atome au coin du cube et les trois atomes au centre de chacune des faces se rejoignant dans ce même coin.
 === Nombre d'atomes par maille ===
-La structure cristalline blende comporte 4 atomes de chaque type dans la maille, soit le double d'une structure cfc compacte. Ceci peut être visualisé de plusieurs manières.
+La structure cristalline blende comporte 4 atomes de chaque type dans la maille, soit le double d'une structure {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}} compacte. Ceci peut être visualisé de plusieurs manières.
-# En considérant que la structure est formée de deux structures monoatomiques cfc et qu'il y a 4 [[Nœud|noeuds]] dans chaque [[Maille (cristallographie)|maille]].
+* En considérant que la structure est formée de deux structures monoatomiques {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}} et qu'il y a 4 [[Nœud|noeuds]] dans chaque [[Maille (cristallographie)|maille]].
-# En considérant que la structure est cubique face centrée avec 2 atomes par [[Structure cristalline|motif]] cristallin à chacun des quatre noeuds.
+* En considérant que la structure est cubique face centrée avec 2 atomes par [[Structure cristalline|motif]] cristallin à chacun des quatre noeuds.
-# En considérant que la structure est cubique face centrée avec des atomes placés à quatre des huit [[Cubique à faces centrées#Sites interstitiels|sites interstitiels tétraédriques]].
+* En considérant que la structure est cubique face centrée avec des atomes placés à quatre des huit [[Cubique à faces centrées#Sites interstitiels|sites interstitiels tétraédriques]].
 === Liaisons ===
-Tous les atomes de chaque espèce sont sur des sites équivalents, [[Coordinence|coordinés]] de façon tétraédrique. Chaque atome est au centre d'un [[tetraèdre]] régulier imaginaire formé par quatre atomes de l'espèce opposée et forme une liaison avec ceux-ci.
+Tous les atomes de chaque espèce sont sur des sites équivalents, [[Coordinence|coordinés]] de façon tétraédrique. Chaque atome est au centre d'un [[tétraèdre]] régulier imaginaire formé par quatre atomes de l'espèce opposée et forme une liaison avec ceux-ci.
 == Matériaux cristalisant dans cette structure ==
-Le nom de cette structure provient du minéral [[sphalérite]] ([[Sulfure de zinc|ZnS]]). La plupart des composés de type I-VII, II-VI ([[Sulfure de cadmium|CdS]], [[séléniure de zinc|ZnSe]], [[séléniure de cadmium|CdSe]], [[tellurure de cadmium|CdTe]], [[tellurure de zinc|ZnTe]], [[tellurure de béryllium|BeTe]]...) et III-V ([[arséniure de gallium|GaAs]], [[arséniure d'aluminium|AlAs]], [[phosphure d'indium|InP]]...) cristallisent dans cette structure. La majorité d'entre-eux sont des [[semi-conducteur|semi-conducteurs]].
+Le nom de cette structure provient du minéral [[sphalérite]], aussi appelé blende ([[Sulfure de zinc|ZnS]]), qui cristallise dans cette structure. La plupart des composés de type I-VII, II-VI ([[Sulfure de cadmium|CdS]], [[séléniure de zinc|ZnSe]], [[séléniure de cadmium|CdSe]], [[tellurure de cadmium|CdTe]], [[tellurure de zinc|ZnTe]], [[tellurure de béryllium|BeTe]]...) et III-V ([[arséniure de gallium|GaAs]], [[arséniure d'aluminium|AlAs]], [[phosphure d'indium|InP]]...) cristallisent dans cette structure. La majorité d'entre-eux sont des [[semi-conducteur|semi-conducteurs]].
 == Différences avec des structures cristallines similaires ==
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 [[Image:Empilement compact.svg|thumb|right|Différence d'empilement entre la structure blende et la structure wurtzite. Chaque sphère correspond à un motif de deux atomes différents.]]
-Les structures « diamant » et blende ont des atomes aux mêmes positions, mais dans la structure diamant, une seule espèce atomique est présente. Cette différence change la symétrie crystalline et par conséquent de nombreuses propriétés liés, telles que les modes de vibrations et la variétés d'états de surface. La [[Groupe d'espace|symétrie]] est plus basse dans la structure bi-atomique. Le groupe d'espace de la structure diamant est ''Fd''{{surligné|3}}''m'' tandis que celui de la blende est ''F''{{surligné|4}}3''m''.
+Les structures « diamant » et blende ont des atomes aux mêmes positions, mais dans la structure diamant, une seule espèce atomique est présente. Cette différence change la symétrie crystalline et par conséquent de nombreuses propriétés liées telles que les modes de vibrations et la variétés d'états de surface. La structure diamant est [[Centrosymétrie|centrosymétrique]] tandis que la structure blende ne l'est pas. La [[Groupe d'espace|symétrie]] est plus basse dans la structure bi-atomique: le groupe d'espace de la structure diamant est ''Fd''{{surligné|3}}''m'' tandis que celui de la blende est ''F''{{surligné|4}}3''m''.
+Certains phénomènent absents dans la structure diamant apparaissent dans La structure blende:
-La structure crystalline n'étant plus centro-symmétrique, le matériau devient polaire, ce qui permet l'apparition de différents phénomènes:
 * Certains plans cristallins de la blende sont polaires, c'est à dire que la composante dipolaire perpendiculaire au plan est non-nulle. Cela a pour effet de changer la composition et l'énergie de certaines surfaces.
 * Les phonons optiques, triplement dégénérés dans la structure diamant, peuvent perdre leur dégénérescence et se séparer en un phonon longitudinal et en deux phonons dégénérés transverses d'énergie différente. Cette perte de dégénérescence due à l'intération entre le phonon et le [[plasmon]]<ref>{{Article |titre=Raman scattering by polaritons |périodique=Physical Review Letters |date=20 décembre 1965 |langue=en |auteur1=C. H. Henry |pages=964-966 |auteur2=J. J. Hopefield |volume=15 |numéro=25 }}</ref> n'est cependant pas fondamentale à la symmétrie du crystal et peut être récupérée en masquant le champ électrique<ref>{{Article |titre=Observation of the interaction of plasmons with longitudinal optical phonons in GaAs |périodique=Physical Review Letters |date=30 mai 1966 |langue=en |auteur1=A. Mooradian |pages=999-1001 |auteur2=G. B. Wright |volume=16 |numéro=22 }}</ref>.
 === Structure fluorite ===
+La structure fluorite, ou fluorine, appartient au groupe d'espace ''Fm''{{surligner|3}}''m''. Cette structure est aussi une structure composée de deux types d'atomes différents basée sur la structure {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}}. Dans la structure fluorite, les huit sites tétraédriques sont remplis au lieu de seulement quatre dans la structure blende. Ceci change la stoichiométrie. Il y a deux atomes d'une espèce pour chaque atome de l'autre espèce dans cette structure.
-La structure fluorite est aussi une structure composée de deux types d'atomes différents basée sur la structure cfc. Dans la structure fluorite, les huit sites tétraédriques sont remplis au lieu de seulement quatre dans la structure blende. Ceci change la stoichiométrie. Il y a deux atomes d'une espèce pour chaque atome de l'autre espèce dans cette structure.
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 {{Article détaillé|amorce=Pour l'article détaillé sur la structure wurtzite|Wurtzite (cristallographie)}}
-Si la structure blende est l'équivalente bi-atomique de la structure diamant, alors la structure wurtzite est l'équivalente bi-atomique du diamant hexagonal ([[lonsdaléite]]). Dans cette structure, le sous-réseau cristallin de chacun des deux éléments n'est pas CFC mais [[Système cristallin hexagonal|hexagonal]] [[Empilement compact|compact]]. De nombreux matériaux cristalisant dans la structure blende peuvent aussi cristaliser dans la structure wurtzite. La structure wurtzite est obtenue depuis la structure blende en changeant l'empilement des plans atomiques (111) en suivant la direction [111], comme illustré dans l'image à droite. La structure blende est formée d'un empilement de trois couches non-équivalentes dans la direction [111], tandis que la structure wurtzite n'a que deux couches non-équivalentes. Sur l'image, chaque sphère correspond à un motif d'un atome de chaque espèce.
+La structure cristalline wurtzite est décrite par la désignation [[Strukturbericht]] B4 et le [[symbole de Pearson]] hP4. Le numéro du groupe d'espace correspondant est 186 (selon la classification de l'[[union internationale de cristallographie]]) ou P6<sub>3</sub>mc (selon la [[Symboles de Hermann-Mauguin|notation d'Hermann-Mauguin]]). Si la structure blende est l'équivalente bi-atomique de la structure diamant, alors la structure wurtzite est l'équivalente bi-atomique du diamant hexagonal ([[lonsdaléite]]). Dans cette structure, le sous-réseau cristallin de chacun des deux éléments n'est pas {{Abréviation|CFC|cubique faces centrées}} mais [[Système cristallin hexagonal|hexagonal]] [[Empilement compact|compact]]. De nombreux matériaux cristalisant dans la structure blende peuvent aussi cristaliser dans la structure wurtzite. La structure wurtzite est obtenue depuis la structure blende en déplaçant certains plans atomiques (111), comme illustré dans l'image à droite. La structure blende est formée d'un empilement de trois couches non-équivalentes dans la direction [111], tandis que la structure wurtzite n'a que deux couches non-équivalentes. Sur l'image, chaque sphère correspond à un motif d'un atome de chaque espèce.
 == Articles connexes ==
-* [[Diamant]]
 * [[Structure cristalline]]
 * [[Réseau de Bravais]]
-== Références ==
+== Liens externes ==
+* {{Lien web |titre=The Zincblende (ZnS) Structure |url=http://www.ilpi.com/inorganic/structures/zincblende/index.html |langue=en |site=ilpi.com |consulté le=22 novembre 2020}}
+== Notes et Références ==
+{{Crédit d'auteurs|interne|Diamant (cristal)|171270954|note=oui}}
+{{Crédit d'auteurs|interne|Système cristallin cubique|169548022|note=oui}}
+{{Crédit d'auteurs|interne|Wurtzite (cristallographie)|161711569|note=oui}}
 {{Références}}