4. Instabilités liées aux phonons
• Instabilités structurales
De nombreux composés métalliques ou ioniques présentent des transitions structurales ; en général, il s'agit d'un abaissement de la symétrie cristalline en dessous d'une température critique Tc. Il peut provenir soit d'un déplacement d'atomes à l'intérieur de la maille élémentaire (cas des perovskites Ba TiO3, Sr TiO3, etc.), soit d'une déformation élastique de la maille qui affecte la géométrie de celle-ci (cas de Nb3Sn, de TmVO4), soit d'une modulation sinusoïdale du paramètre de la maille (métaux organiques quasiunidimensionnels, NbSe2), soit d'une transition ordre-désordre quand certains groupements atomiques possèdent deux positions d'équilibre (phosphate KH2PO4, NH4Br, etc.). Toutes ces transitions sont accompagnées d'une diminution des fréquences de vibration de certains modes qui peuvent même s'annuler à Tc si la transition est du deuxième ordre. L'origine de ces instabilités, ou modes mous, est diverse ; dans les métaux, elle est liée à l'écrantage des forces ions-ions par les électrons de conduction : cet effet est particulièrement prononcé dans les métaux de basse dimensionnalité et pour des vecteurs d'ondes k⃗ qui joignent des régions à grande densité d'états de la surface de Fermi ; dans les cristaux ioniques, elle est liée à la compensation entre forces répulsives à courte portée et forces attractives à longue portée, induites par la polarisation diélectrique : le degré de compensation peut dépendre de la température par l'intermédiaire d'effets anharmoniques ; l'effet Jahn-Teller coopératif est une autre possibilité : le changement de symétrie lève la dégénérescence de certains niveaux électroniques et abaisse l'énergie du système. Toutes ces transitions de phase sont très étudiées car elles sont fondamentales pour la compréhension de phénomènes aussi divers que la ferro-électricité, la transition métal-isolant, l'optimisation des propriétés supraconductrices...
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