TRANSITION ORDRE-DÉSORDRE

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Manifestations physiques macroscopiques

Pour mettre en évidence une transformation ordre-désordre, la méthode la plus directe est la diffraction des rayons X, celle des électrons ou celle des neutrons. Mais l'état d'ordre influe de façon plus ou moins marquée sur toutes les propriétés physiques du milieu, qu'elles soient électriques, magnétiques ou mécaniques.

Diffraction des rayons X, des électrons et des neutrons

Considérons à nouveau la figure. Dans l'état d'ordre a, la périodicité, rigoureuse, est celle qui est indiquée par la flèche. Dans l'état de désordre, seule la matrice reste périodique, le solide ne l'étant plus au sens strict. Cela correspond, dans le schéma adopté, à une périodicité moyenne en b moitié de la périodicité rigoureuse en a. On sait que la figure de diffraction correspond à une transformation de Fourier de l'espace physique que constitue le milieu diffractant. À une périodicité du diffracteur deux fois moins serrée correspond donc une densité linéaire de taches de diffraction deux fois plus grande : ainsi, lorsque l'on passe du désordre à l'ordre, de nouvelles taches apparaissent sur les diagrammes de diffraction. Elles sont dites taches d'ordre ou de surstructure. Leur étude quantitative permet de caractériser le degré d'ordre et permet en particulier de calculer les paramètres d'ordre.

Composé binaire AB : ordre et désordre

Dessin : Composé binaire AB : ordre et désordre

Modèle à deux dimensions du phénomène d'ordre-désordre dans un composé binaire AB. État parfaitement ordonné (a) et état désordonné (b). Les flèches indiquent la périodicité, rigoureuse (a) et moyenne (b). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Pour que les taches de surstructure apparaissent effectivement, encore faut-il que les pouvoirs diffusants individuels des atomes A et B soient différents, sinon les deux schémas a et b apparaîtront pour les rayons X comme identiques. C'est pratiquement le cas si les atomes A et B sont très voisins dans la classification périodique. Il est alors nécessaire d'utiliser d'autres particules diffractantes pour lesquelles A et B apparaîtront comme différents : c'est ainsi que la diffraction des neutrons rend de grands services dans l'étude de l'ordre-désordre. La diffraction des électrons est utile elle aussi, plus spécialement pour l'observation des phénomènes dans les échantillons en couches minces.

Composé binaire AB : ordre et désordre

Dessin : Composé binaire AB : ordre et désordre

Modèle à deux dimensions du phénomène d'ordre-désordre dans un composé binaire AB. État parfaitement ordonné (a) et état désordonné (b). Les flèches indiquent la périodicité, rigoureuse (a) et moyenne (b). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Dans le cas du désordre topologique, ce sont également les méthodes de diffraction qui sont les plus commodes pour déterminer la fonction de distribution radiale g(r) qui se déduit, par transformation de Fourier, de la répartition des intensités dans un diagramme de diffraction, qui est alors continu, et non plus formé de faisceaux discrets. En diffraction de neutrons, il est même possible d'aller plus loin. En effet, l'énergie des neutrons thermiques utilisés étant faible, elle peut varier de quantités relativement notables lorsque les atomes sur lesquels les neutrons se diffractent sont en mouvement. En mesurant non seulement le nombre de neutrons diffusés dans les différentes directions, mais aussi leur énergie, on peut, par transformation de Fourier, en déduire une fonction de distribution spatio-temporelle (van Hove) qui permet de décrire non seulement la géométrie moyenne du milieu, mais encore son évolution dans le temps. Cette méthode permet ainsi d'étudier la manière dont les atomes se déplacent les uns par rapport aux autres.

Variations avec l'ordre des propriétés physiques du milieu

La résistivité électrique est un paramètre particulièrement sensible à l'état d'ordre. Elle présente une discontinuité à la température critique Tc. Elle est plus faible dans l'état ordonné que dans l'état désordonné : en effet, le désordre, qui rompt la périodicité stricte, est un défaut qui introduit une nouvelle cause de résistance à la propagation des électrons dans le cristal. La mesure de la résistivité électrique constitue donc une méthode efficace pour la détection de transformations ordre-désordre.

Les propriétés mécaniques des alliages sont également modifiées et présentent des discontinuités à Tc. Réciproquement, d'ailleurs, le degré d'ordre peut être modifié par certains traitements mécaniques tels que les déformations plastiques. Remarquons à ce propos que des modifications peuvent être également obtenues par irradiations par des particules telles que des neutrons qui, par chocs, déplacent les atomes et augmentent le désordre.

Les propriétés magnétiques de certains alliages dépendent elles aussi du degré d'ordre, ce qui est bien naturel puisque l'ordre dans les alignements de moments magnétiques est fonction de l'ordre dans l'arrangement des atomes porteurs de moments.

Les propriétés thermodynamiques sont parmi les plus intéressantes. La chaleur spécifique présente un pic aigu à la temp [...]

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Composé binaire AB : ordre et désordre

Composé binaire AB : ordre et désordre
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Ordre ferromagnétique et désordre paramagnétique

Ordre ferromagnétique et désordre paramagnétique
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Désordre réticulaire du type glace

Désordre réticulaire du type glace
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Désordre topologique

Désordre topologique
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  • : professeur émérite à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie, membre de l'Académie des sciences, ancien ministre

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Pour citer l’article

Hubert CURIEN, « TRANSITION ORDRE-DÉSORDRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/transition-ordre-desordre/