Diamant (cristal)

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Un cristal de type « diamant » ou « blende » est une forme dérivée du cristal cubique à faces centrées (cfc).

Il peut se décrire de différentes façons, notamment par l'enchevêtrement de deux mailles d'un cristal de type cfc, ou plus simplement par la maille d'un cristal cfc dont quatre des huit sites tétraédriques sont occupés.

Pour résumer, un cristal de type diamant ou blende comporte un atome :

  • aux 8 sommets d'un cube ;
  • au centre de chacune des faces de ce cube ;
  • dans quatre des huit sites tétraédriques[1] du cube.

Cristal de type « diamant »[modifier | modifier le code]

Définition[modifier | modifier le code]

On parle de cristal type « diamant » lorsque tous les atomes qui composent la maille sont identiques. Les semi-conducteurs comme le silicium ou le germanium ont une structure de type « diamant ». C'est aussi le cas pour le zinc type-α, de l'étain gris (forme α, qui n'est plus métallique mais semi-conducteur), et bien entendu pour le carbone diamant.

maille de type « diamant »

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Nombre d'atomes par maille[modifier | modifier le code]

La structure cristalline de type « diamant » comporte donc :

  • 8 atomes aux coins, partagés par 8 mailles et qui comptent donc pour 1/8 = 1 atome pour la maille ;
  • 6 atomes au centre des 6 faces, partagés par 2 mailles et qui comptent pour 1/2 = 3 atomes pour la maille ;
  • 4 atomes à l'intérieur du cube et donc de la maille, dans 4 des 8 sites tétraédriques qui comptent pour 1 = 4 atomes pour la maille.

La structure de type diamant compte donc 8 atomes par maille (contre 4 pour une structure de type cubique faces centrées classique.

Paramètre de maille[modifier | modifier le code]

Dans le modèle des sphères dures, la distance de contact est celle entre un atome de coin et celui d'un site tétraédrique. On observe, selon la grande diagonale que :  \frac{a \sqrt{3}}{4} = 2 R
On en déduit donc le paramètre de maille est:  a  = \frac{8 R}{\sqrt{3}}

Compacité[modifier | modifier le code]

La compacité du cristal type diamant est de :

c = \frac{\mathrm{Volume~occup\acute e}}{\text{Volume total}}=\frac{8 \times V_{atome}}{a^3}=\frac{8 \times (\frac{4}{3} \cdot \pi R^3)}{\left(\frac{8 R}{\sqrt{3}} \right)^3} = \frac{\pi \sqrt{3}}{16} \simeq 0,34

ce qui en fait un empilement très peu compact.

Cristal de type « blende »[modifier | modifier le code]

On parle de cristal de type « blende » pour des cristaux de même structure que le diamant, mais composés de deux types d'atomes différents. Ainsi la maille comporte deux types d'atomes différents : les atomes qui composent la maille cfc étant d'une sorte, les quatre atomes dans les sites tétraédriques de l'autre sorte, ce qui fait que chaque atome est lié à 4 voisins de nature différente de la sienne.

C'est le cas de la sphalérite (ZnS - nom actuel de la blende), et de la plupart des composés de type I-VII, II-VI (CdS, ZnSe, CdSe, CdTe, ZnTe, BeTe,..), III-V (arséniure de gallium (GaAs), phosphure d'indium (InP), etc.) ou d'alliage de silicium (silicium-germanium, carbure de silicium type-β), dont la plupart sont des semi-conducteurs.

maille d'arséniure de gallium

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. C'est-à-dire au centre du tétraèdre formé par un coin du cube et les trois atomes au centre des faces se coupant en ce coin

Articles connexes[modifier | modifier le code]