Lacune (cristallographie)

En cristallographie, une lacune est un type de défaut ponctuel du cristal dû à l'absence d'un atome sur un site normalement occupé.

Une lacune dans un cristal

La présence de lacunes permet (entre autres) d'expliquer les phénomènes de diffusion dans les matériaux. Son observation directe a été obtenue par quelques techniques de microscopie[1],[2],[3] mais la caractérisation pratique de ces défauts ne se fait généralement qu'à travers ses effets sur les matériaux : changement de dimension, distorsion du réseau cristallin, modifications des propriétés électriques.

Les lacunes sont naturellement présentes dans les cristaux à des concentrations qui sont d'autant plus fortes que la température est proche de la température de fusion du matériau. Les lacunes augmentent l'énergie interne du cristal. Les lacunes peuvent être également produites par irradiation. Lors d'une collision entre un projectile (électron par exemple) et un atome du matériau, celui-ci peut être éjecté de son site lorsque l'énergie qui lui est communiquée est suffisante (supérieure à 25 eV par exemple). Il y a donc création de deux défauts, la lacune au site d'où a été éjecté l'atome et l'atome qui se retrouve dans un site interstitiel normalement inoccupé. L'agglomération des lacunes conduit à la formation d'amas de défauts de type boucles de dislocation ou cavités en présence de gaz.

  • Pour créer un défaut pareil dans un cristal en pression constante, il faut appliquer une enthalpie libre Gf, appelée en chimie l'énergie de Gibbs (f signifie "formation" donc c'est l'énergie de formation) de forme générale[4] : Gf=Hf-TSf

Tels que :

-Hf est l'enthalpie de formation, elle est indiscernable de l'énergie de formation Ef ou souvent appelée Uf.

-Sf est l'entropie de formation, c'est une propriété liée au défaut ponctuel de ce point (un seul) résultant du désordre introduit dans le cristal en modifiant les propriétés vibratoires des atomes voisins.

-T est la température.

Notes et références
  1. (en) Simon J. L. Billinge, Peter Ercius et Jianwei Miao, « Atomic electron tomography: 3D structures without crystals », Science, vol. 353, no 6306,‎ , aaf2157 (ISSN 1095-9203 et 0036-8075, PMID 27708010, DOI 10.1126/science.aaf2157, lire en ligne, consulté le )
  2. (en) Speicher, C, « Observation of vacancies in the field-ion microscope », Physics Letters, vol. 23, no 3,‎ , p. 194–196 (ISSN 0031-9163, DOI 10.1016/0031-9163(66)90860-2, lire en ligne, consulté le )
  3. (en) Michael P. Moody, Paul A. J. Bagot, George D. W. Smith et Baptiste Gault, « Automated Atom-By-Atom Three-Dimensional (3D) Reconstruction of Field Ion Microscopy Data », Microscopy and Microanalysis, vol. 23, no 2,‎ , p. 255–268 (ISSN 1435-8115 et 1431-9276, DOI 10.1017/S1431927617000277, lire en ligne, consulté le )
  4. « Defects in Crystals », sur www.tf.uni-kiel.de (consulté le )
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