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  • La cristaLLographieLa cristallographie est la science la plus puissante pour tudier la structure de la matire cristalline lchelle atomique. elle sappuie sur le phnomne physique de diffraction des ondes lectromagntiques (rayons X), des neutrons ou des lectrons. grce aux informations quelle apporte, la cristallographie est indispensable de nombreuses disciplines, de la physique la chimie, en passant par la biologie, et permet la conception de matriaux aux proprits matrises. Voici lexemple du fonctionnement dun diffractomtre rayons X.

    Diffractogramme et rseau rciproqueLensemble des ondes diffractes, enregistres autrefois sur plaques photographiques et aujourdhui sur dtecteur CCD ou CMOS, forme le diffractogramme. Il permet de construire le rseau rciproque qui est une reprsentation lenvers du rseau rgulier du cristal : ce qui est petit devient grand, et inversement. Par exemple, des plans atomiques serrs dans le cristal donnent naissance des taches loignes de lorigine sur le diffractogramme.

    Diffraction des rayons XLe faisceau de rayons X est envoy sur lchantillon monocristallin plac au centre du diffractomtre. Un goniomtre permet de donner lchantillon toute orientation souhaite et de mesurer les angles cor-respondants. Pour chaque position du cristal, le fais-ceau rebondit sur les plans atomiques, comme sur un miroir. Les ondes rflchies dans toutes les directions interfrent selon deux cas de figure : 1) elles sont en phase ( ) et donnent

    naissance une tache de diffraction caractristique sur le dtecteur ;

    2) elles ne sont pas en phase ( ) et aucune tache napparat.

    savoir : 2dsin =Une tache de diffraction apparat langle lorsque cette quation, tablie par W. L. Bragg, est vrifie.Dans cette loi qui modlise la diffraction des ondes par un cristal, est la longueur donde du faisceau de rayons X, est langle entre le faisceau et une famille de plans atomiques parallles et d est la distance entre ces plans atomiques.

    sources de rayons XLes tudes cristallographiques mettent gnralement en uvre des rayons X monochromatiques, cest--dire pr-sentant une seule longueur donde. Ils sont produits soit par des tubes sous vide, dispositifs de petite taille acces-sibles en laboratoire, soit par un grand instrument, le syn-chrotron. Avec ce dernier, la gamme de longueurs donde disponibles est plus large et le rayonnement trs intense.

    interprtation de lexprience de diffractionDans une premire tape, la gomtrie et les symtries du rseau cristallin sont lucides partir de la posi-tion et de lintensit des taches de diffraction. Ltape sui-vante consiste retrouver les phases associes ces intensits, qui ont t perdues lors de lexprience de dif-fraction mais peuvent tre rcupres par des mthodes statistiques. Enfin, des techniques daffinement et de transformation de Fourier (fonction mathmatique) per-mettent de dterminer la position exacte des atomes et de reconstituer lensemble de la structure du cristal.

    rayons XLongueur donde : 0,1 100 ;Frquence : 3.1016 Hz 3.1019 Hz ;nergie du photon : 124 eV 124 keV

    rayons gamma Ultraviolets Lumire visible ondes radios

    infrarouges Micro-ondes

    textes : amlie Lorec infographie : Fabrice Math

    12 13Juillet-Aot 2014 N191Les dfis du CEA Plus dinformations sur www.cea.fr

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