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Chapitre 3 : Structure electronique des solides : generalites
b) II est possible de proposer une classification simple des solides
comme il suit :
- un metal est un solide dont la derniere bande d^nergie oceupee est
inmpletement remplie. Les Electrons qui assurent la conductivity
repre'sentent quelques % du nombre total d'eleetrons de la bande et
se trouvent au voisinage de 1'energie de Fermi;
» un isolant est un solide dont la derniere bande occup6e est totalement pleine et s^par^e de la premiere bande vide par une bande
interdite de plusieurs e¥;
- un semi-condueteur est analogue a un isolant, sauf que la derniere
bande pleine, on bande de valence (BV), est se'paree de la premiere
bande vide, ou bande de conduction (BC), par une bande interdite
inf&ieure & 3 eV, permettant une excitation des Electrons de BV
vers BC.
5°) Exemples de relations entre structures cristallines
et electroniques
a) Phases de Hume-Rothery Les structures cristallines dependent
directement des structures electroniques, comme 1' a montre pour la
premiere fois le metallurgiste britannique Williams Hume-Rothery
dans le cas des alliages cuivre-zinc (laitons). L'evolution de la structure en fonction du % de Zn peut etre resumee de la maniere suivante,
en la schematisant en 2D sur la figure 3.19. Le cuivre (3d
10
4s
1
) possede
un electron de valence, c'est-a-dire n = 1 electron par atome, et il est
de structure CFC. La sphere de Fermi est incluse dans la premiere ZB.
On incorpore alors dans le reseau du Zn, dont la structure
electronique est 3d
10
4s
2
, c'est-a-dire un element qui possede n = 2 electrons par atome (phase a). Le nombre d'etats occupes augmente
jusqu'a n = 1,36 (36 % de Zn), si bien que la sphere de Fermi devient
tangente a la ZB. Une deuxieme phase (phase /?) apparait alors, de
structure cubique centree, comprise entre 42 et 48 % de Zn. Pour 42 %
(n = 1,42), la sphere de Fermi est incluse dans la nouvelle ZB ; la
sphere de Fermi redevient tangente a la premiere ZB pour 48 % de Zn.
II y a alors apparition d'une troisieme phase (phase 7) plus complexe.
On constate done une correspondance etroite entre les structures
cristallines de ce systeme et le remplissage des differentes zones de
Brillouin.
Chapitre 3 : Structure electronique des solides : generalites
b) II est possible de proposer une classification simple des solides
comme il suit :
- un metal est un solide dont la derniere bande d^nergie oceupee est
in
repre'sentent quelques % du nombre total d'eleetrons de la bande et
se trouvent au voisinage de 1'energie de Fermi;
» un isolant est un solide dont la derniere bande occup6e est totalement pleine et s^par^e de la premiere bande vide par une bande
interdite de plusieurs e¥;
- un semi-condueteur est analogue a un isolant, sauf que la derniere
bande pleine, on bande de valence (BV), est se'paree de la premiere
bande vide, ou bande de conduction (BC), par une bande interdite
inf&ieure & 3 eV, permettant une excitation des Electrons de BV
vers BC.
5°) Exemples de relations entre structures cristallines
et electroniques
a) Phases de Hume-Rothery Les structures cristallines dependent
directement des structures electroniques, comme 1' a montre pour la
premiere fois le metallurgiste britannique Williams Hume-Rothery
dans le cas des alliages cuivre-zinc (laitons). L'evolution de la structure en fonction du % de Zn peut etre resumee de la maniere suivante,
en la schematisant en 2D sur la figure 3.19. Le cuivre (3d
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1
) possede
un electron de valence, c'est-a-dire n = 1 electron par atome, et il est
de structure CFC. La sphere de Fermi est incluse dans la premiere ZB.
On incorpore alors dans le reseau du Zn, dont la structure
electronique est 3d
10
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, c'est-a-dire un element qui possede n = 2 electrons par atome (phase a). Le nombre d'etats occupes augmente
jusqu'a n = 1,36 (36 % de Zn), si bien que la sphere de Fermi devient
tangente a la ZB. Une deuxieme phase (phase /?) apparait alors, de
structure cubique centree, comprise entre 42 et 48 % de Zn. Pour 42 %
(n = 1,42), la sphere de Fermi est incluse dans la nouvelle ZB ; la
sphere de Fermi redevient tangente a la premiere ZB pour 48 % de Zn.
II y a alors apparition d'une troisieme phase (phase 7) plus complexe.
On constate done une correspondance etroite entre les structures
cristallines de ce systeme et le remplissage des differentes zones de
Brillouin.