Phases stables et métastables d'un cristal vitreux

Abstract

En trempant la phase désordonnée de certains cristaux moléculaires on peut atteindre l’état "cristal vitreux". Dans cette situation de non équilibre seuls certains degrés de liberté sont gelés (orientations par exemple) alors que le réseau support est essentiellement non perturbé par le trempe. Ce sont de ce fait des systèmes modèles pour étudier les relaxations lentes de mise en ordre en relation avec la transition vitreuse et la transition du premier ordre esquivé lors de la trempe. Les composés mixtes à base de cyanoadamantane (CNadm) et de chloroadamantane (Cladm) offrent de ce point de vue des perspectives d’étude exceptionnelles. L’étude par diffraction des rayons X et analyse enthalpique différentielle d’un de ces composés (CNadm).₇₅(Cladm).₂₅ a permis d’en déterminer le diagramme de phase d’équilibre et de caractériser sa dynamique de mise en ordre. Il a été établi que la phase stable (III) à basse température est isomorphe à celle du Cladm (P2₁/c). L’analyse en temps réel de la croissance des raies de surstructure a permis de mettre en évidence l’installation d’une phase métastable (IV), moins stable que la phase (III), mais de développement cinétique plus rapide. Dans un certain domaine de température, les temps caractéristiques associés à ces deux transformations (I → IV) et (IV → III) sont tels qu’il est possible d’observer l’imbrication de leur cinétique. Ce mécanisme complexe a pu être analyse par la stimulation numérique d’un modèle bidimensionnel prenant en compte les paramètres caractéristiques des évolutions et les différences de facteur de structure des raies dans les deux phases stable et métastables. Il permet de reproduire d’une façon qualitative les courbes de croissance des raies de surstructure. Dans des conditions particulières de traitement thermique il est possible, de manière inhabituelle, de mettre en évidence la transition entre la phase métastable et la phase désordonnée (IV → I). Ce dernier résultat permet de préciser la nature des effets prétransitionnels détectés dans des travaux précédents.