Insertion dans le graphite des métaux alcalins lourds alliés au bismuth

Abstract

Le bismuth s’insère aisément dans le graphite lorsqu’il est allié à un métal alcalin lourd. On synthétise ainsi une grande variété de composés ternaires inédits, qui se distinguent par la nature du métal alcalin (K, Rb, Cs), par le stade (1 à 7) et par l’épaisseur des feuillets métalliques insérés (α ou β). La formation de ces nouvelles phases est essentiellement conditionnée par l’équilibre des affinités qui s’établit entre le métal alcalin et le graphite d’une part, et l’alcalin et le bismuth de l’autre. Ce même équilibre explique également les mécanismes réactionnels mise en jeu au cours de l’insertion. L’étude structurale de bismuthographitures montre que les feuillets insérés sont polycouches et que leurs mailles planes sont très diversifiées : selon les phases, elles peuvent être commensurables ou non avec celle du graphite, obliques ou hexagonales, mais sont presque toujours de grandes dimensions. Seules, les composés les plus riches semblent présenter une organisation tridimensionnelle. La conductivité électrique de ces phases dans la direction parallèle aux feuillets est de type métallique. Elle est beaucoup plus complexe dans la direction perpendiculaire. L’anisotropie de conductivité est toujours très importante, puisqu’elle dépasse celle de graphite de plusieurs ordres de grandeurs, dans la plupart des cas, à 4,2 K. La plupart des bismuthographitures deviennent supraconducteurs à basse température : c’est un ternaire graphite-césium-bismuth de stade à qui présente actuellement la température critique la plus élevée parmi l’ensemble des composés dérivés du graphite (1,05 K).