Chimie des solides
461
Une transition isolant-metal, ainsi qu'une transition ferro/antiferromagnetique caracteristique peuvent etre mises en evidence dans le
systeme RTiO 3 evoque ci-dessus. Partons de LaTiO 3 et considerons un ion
oxygene encadre par deux ions Ti
3+
. A basse temperature, ce systeme est
antiferromagnetique car Tangle Ti-O-Ti est eleve ; il devient conducteur
metallique au-dessus de la temperature de Neel, voisine de 125 K. Si,
maintenant, on substitue le lanthane par des terres rares dont le rayon
ionique est de plus en plus petit, une distorsion apparait et la temperature
de Neel devient de plus en plus faible, pour s'annuler si R est le neodyme
(cf. figure 12.7). Si le rayon ionique des substituants continue a diminuer,
le systeme devient alors ferromagnetique a basse temperature et isolant
au-dessus de la temperature de Curie. On a done, a la fois, une transition
isolant-metal et une evolution ferro/antiferromagnetique. Par centre, dans
le cas du manganite de lanthane LaMnO 3 , ou la substitution de La
3+ par
Sr
2+ ou Ca
2+ conduit a la formation de trous localises sur les ions Mn
4+ (cf.
chapitre 8), 1'etat ferromagnetique disparait au profit d'un etat metallique.
12.7 Mobilite des porteurs de charge dans les
oxydes. Polarons et masse effective
La mobilite u des porteurs de charge electronique traduit la difficulte
avec laquelle ces entites se deplacent dans le solide, sous 1'action d'un
champ electrique. La mobilite est une grandeur qui caracterise le type de
conduction. Dans le cas des oxydes, elle varie de 10
3 a 10~
5 cm^V"
1 s"
1
,
comme on peut le voir dans le tableau 12.5.
On peut ainsi distinguer les oxydes a partir du mecanisme de transport des electrons et/ou des trous :
- Les oxydes conducteurs metalliques : la mobilite est proche de celle
des electrons dans un veritable metal. Ainsi, dans 1'oxyde de
TAB. 12.5
solide
Cu (metal)
KTaO 3
Ti0 2 _ x ,
NiO 1 + x , CoO 1 + x
ZrO 2 , CeO 2 (n)
mobilite des
porteurs
(crn^V"
1 s"
1
)
35 (300 K)
30 (300 K)
0,1-0,3
(300-1 000 K)
102 (1000K)
compose
mobilite des
porteurs
(cm
2
.^
1 s1
)
ReO 3
2 300(4,2 K)
33 (300 K)
SrTiO 3
3 (1 000 K)
Th_ x Nb x O 2
0,1 (1 000 K)
Li x Mn!_ x O
105 (500 K)
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Une transition isolant-metal, ainsi qu'une transition ferro/antiferromagnetique caracteristique peuvent etre mises en evidence dans le
systeme RTiO 3 evoque ci-dessus. Partons de LaTiO 3 et considerons un ion
oxygene encadre par deux ions Ti
3+
. A basse temperature, ce systeme est
antiferromagnetique car Tangle Ti-O-Ti est eleve ; il devient conducteur
metallique au-dessus de la temperature de Neel, voisine de 125 K. Si,
maintenant, on substitue le lanthane par des terres rares dont le rayon
ionique est de plus en plus petit, une distorsion apparait et la temperature
de Neel devient de plus en plus faible, pour s'annuler si R est le neodyme
(cf. figure 12.7). Si le rayon ionique des substituants continue a diminuer,
le systeme devient alors ferromagnetique a basse temperature et isolant
au-dessus de la temperature de Curie. On a done, a la fois, une transition
isolant-metal et une evolution ferro/antiferromagnetique. Par centre, dans
le cas du manganite de lanthane LaMnO 3 , ou la substitution de La
3+ par
Sr
2+ ou Ca
2+ conduit a la formation de trous localises sur les ions Mn
4+ (cf.
chapitre 8), 1'etat ferromagnetique disparait au profit d'un etat metallique.
12.7 Mobilite des porteurs de charge dans les
oxydes. Polarons et masse effective
La mobilite u des porteurs de charge electronique traduit la difficulte
avec laquelle ces entites se deplacent dans le solide, sous 1'action d'un
champ electrique. La mobilite est une grandeur qui caracterise le type de
conduction. Dans le cas des oxydes, elle varie de 10
3 a 10~
5 cm^V"
1 s"
1
,
comme on peut le voir dans le tableau 12.5.
On peut ainsi distinguer les oxydes a partir du mecanisme de transport des electrons et/ou des trous :
- Les oxydes conducteurs metalliques : la mobilite est proche de celle
des electrons dans un veritable metal. Ainsi, dans 1'oxyde de
TAB. 12.5
solide
Cu (metal)
KTaO 3
Ti0 2 _ x ,
NiO 1 + x , CoO 1 + x
ZrO 2 , CeO 2 (n)
mobilite des
porteurs
(crn^V"
1 s"
1
)
35 (300 K)
30 (300 K)
0,1-0,3
(300-1 000 K)
102 (1000K)
compose
mobilite des
porteurs
(cm
2
.^
1 s1
)
ReO 3
2 300(4,2 K)
33 (300 K)
SrTiO 3
3 (1 000 K)
Th_ x Nb x O 2
0,1 (1 000 K)
Li x Mn!_ x O
105 (500 K)