Borure d'yttrium
Unborure d'yttriumest un composé inorganique cristallin constitué deboreet d'yttriumdans des proportions variables. On connaît sept borures d'yttrium, YB2,YB4,YB6,YB12,YB25,YB50et YB66.Ce sont des solides durs, d'une teinte de gris à noir, avec de hautes températures de fusion. Le plus commun est l'hexaborure d'yttrium(YB6), qui présente unesupraconductivitéà une température relativement élevée (8,4 K). Un autre borure d'yttrium remarquable est YB66,qui pos sắc de un paramètre de maille élevé (2,344nm), une forte stabilité thermique et mécanique, et est ainsi utilisé commeréseau de diffractionpour radiationsynchrotronà faible énergie (1–2 keV).
YB2(diborure d'yttrium)
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Le diborure d'yttrium pos sắc de la mêmestructure cristalline hexagonaleque lediborure d'aluminiumet lediborure de magnésium– un important matériausupraconducteur.Sonsymbole de PearsonesthP3,songroupe d'espaceP6/mmm (n°191), et ses paramètres de maille sonta= 0,328 9nmetc= 0,384 3nm.Sa masse volumique calculée est de5,1g cm−3[1].Dans cette structure, les atomes de bore forment une structure de type feuillet degraphiteavec les atomes d'yttrium entre deux feuillets. Les cristaux de YB2sont instables à température modérée dans l'air – ils commencent à s'oxyder vers400°Cet sont complètement oxydés vers800°C[2].YB2fond vers2 220°C[3].
YB4(tétraborure d'yttrium)
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YB4pos sắc de unestructure cristalline tétragonale.Songroupe d'espaceestP4/mbm(n°127), son symbole de PearsontP20,avec les paramètresa= 0,711nmetc= 0,401 9nm.Sa masse volumique calculée est de4,32g cm−3[4].Des cristaux de haute qualité de YB4de plusieurs centimètres peuvent être obtenus par laméthode de la zone fondueà passes multiples[5].
YB6(hexaborure d'yttrium)
[modifier|modifier le code]YB12(dodécaborure d'yttrium)
[modifier|modifier le code]Les cristaux de YB12ont unestructure cubique,avec une masse volumique de3,44g cm−3.Sonsymbole de PearsonestcF52,songroupe d'espaceFm3m(n°225), et son paramètre de maillea= 0,746 8nm[6].Son unité structurelle est uncuboctaèdre.Latempérature de Debyede YB12est d'environ 1040 K, et il n'est pas supraconducteur au-dessus de 2,5 K[7].
YB25
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La structure du borure d'yttrium avec un ratio B/Y de 25 ou supérieur consiste en partie en des réseaux de d'icosaèdresde B12.La structure du bore de YB25est l'une des plus simples parmi les borures à base icosaédrique: elle consiste en un seul type d'icosaèdre et un site de bore pontant. Les atomes de bore pontants sont reliés à un atome de bore équatorial de trois icosaèdres voisins — ces icosaèdres formant un réseau parallèle dans le plan (101) du cristal (planx-zsur le schéma ci-contre) — et un autre atome de bore pontant (à sa verticale, dans la directiony). Les sites de bore pontants sont ainsi coordonnés tétraédriquement. Les sites d'yttrium sont partiellement occupés (environ 60–70 %) et la formule YB25reflète simplement le rapport atomique moyen [B]/[Y] = 25. Les atomes d'yttrium et les icosaèdres B12forment des zigzags dans la direction de l'axex. La distance entre les atomes de bore pontants et les atomes de bore équatoriaux est de 0,175 5nm,ce qui est typique pour les fortes liaisons covalente B-B (longueur de liaisonB-B entre 0,17 et 0,18nm); ainsi, les atomes de bore pontants renforcent lesplans de réseau individuels.À l'opposé, la grande distance entre les atomes de bore à chaque extrémité du pont (0,204 1nm) montre une interaction plus faible, et les sites pontant contribuent ainsi peu aux liaisonsentreles plans de réseau[8],[9].
Les cristaux de YB25peuvent être produits en chauffant un pellet comprimé d'yttria(Y2O3) et de la poudre de bore à environ1 700°C.La phase de YB25est stable jusqu'à1 850°C.Au-dessus de cette température, elle se décompose en YB12et YB66sans fondre, ce qui rend difficile la création de monocristaux de YB25par cristallogenèse par fusion[8].
YB50
[modifier|modifier le code]Les cristaux de YB50ont unestructure orthorhombiqueavec ungroupe d'espaceP21212(n°18), avec les paramètres de maillea= 1,662 51nm,b= 1,761 98nmetc= 0,947 97nm.Ils peuvent être produits en chauffant un pellet comprimé d'yttria(Y2O3) et de la poudre de bore à environ1 700°C.Au-dessus de cette température, YB50se décompose en YB12et YB66sans fondre,, ce qui rend difficile de produire des monocristaux de YB25par cristallogenèse par fusion. Desterres rares,deTbàLupeuvent aussi cristalliser sous forme de M50[10].
YB66
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(a) Unité de 13 icosaèdres B12((B12)13ou supericosaèdre), et (b) unité cluster de B80de la structure de YB66.Le nombre excessif de liaisons (dans l'image 9B) résulte de l'hypothèse que tous les sites sont occupés, alors que le nombre total d'atome de bore est de seulement 42[11].
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À gauche: schéma du réseau de YB66.Les boules vert clair représentent les supericosaèdres ((B12)13) et leur orientations relatives sont indiquées par des flèches. Les boules vert foncé correspondent aux clusters B80.À droite: paire de sites Y (boules roses) de YB66;il y a ainsi deux sites entre chaque paire de sites B80(boule vert foncé), soit 48 sites par maille. Statistiquement, seul un de ces sites est occupé, soit 24 atomes d'yttrium par maille, pour 1584 atomes de bore[11].
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YB66a été découvert en 1960[13],et sa structure en 1969[12].Cette structure estcubique à faces centrées(cfc) avec un groupe d'espaceFm3c(n°226), unsymbole de PearsoncF1936 et un paramètre de maillea= 2,344 0(6)nm.Elle est constituée de 13 sites de bore (B1 à B13) et d'un site d'yttrium.Les sites B1 forment unicosaèdreB12,et les sites B2 à B9 en forment chacun un autre. Ces icosaèdres s'arrangent en une unité de 13 icosaèdres (B12)12B12appelée supericosaèdre, l'icosaèdre formé par les atomes du site B1 étant au centre de ce supericosaèdre[pas clair].Le supericosaèdre est l'une des unités de base de la structure de YB66.Il existe deux types de supericosaèdres: l'un occupe les positions classiques de la maille cfc (aux coins du cube, et au centre de chaque face), l'autre, pivoté de 90°, est localisé au centre du cube et centre de chacune des arêtes. Il y a ainsi par maille 8 supericosaèdres (les quatre par maille classique du cfc, un au centre de la maille, et douze au milieu de chaque arête partagés par trois mailles chacun, soit trois par maille, soit 1248 atomes de bore[11].
L'autre unité de base de la structure de YB66est un cluster B80de 80 sites de bore formés par les sites B10 à B13[11].Ces 80 sites sont partiellement remplis, et ne comptent au total que 42 atomes de bore. Le cluster B80occupe le centre du site octaédrique, c'est-à-dire aux 8 positions équivalentes (1/4; 1/4; 1/4); il y a ainsi huit clusters (soit 336 atomes de bore) par maille. Deux études indépendantes sur l'analyse de la structure de YB66sont arrivées au même résultat[11],[12],qui donne un total de 1584 atomes de bore par maille. Cette structure est présentée dans les figures à droite. Il existe 48 sites d'yttrium ((0,0563; 1/4; 1/4) pour YB62[11]) dans cette maille. en ayant une occupation de 50 %, on obtient 24 atomes d'yttrium par maille, soit la composition chimique de YB66(1584/24=66). Cette occupation de 50 % implique que chaque paire d'yttrium est constituée d'un site occupé et d'un site vide[12].
YB66a une masse volumique de2,52g cm−3,une faibleconductivité thermique(0,02W cm−1K−1), des constantes élastiques de c11= 3,8 × 109et c44= 1,6 × 109N/m2et unetempérature de Debyede 1300 K[14].Comme tous les borures d'yttrium, YB66est un matériau dur, ayant unedureté Knoopde 26 GPa[15].
Des cristaux de YB66de haute pureté de quelques centimètres peuvent être obtenus par laméthode de la zone fondueà passes multiples et utilisés commemonochromateursrayons X[16].
Du fait de sa structure, YB66pos sắc de un grand paramètre de maille (2,344nm)[14].Cette propriété, ainsi que sa forte stabilité thermique et mécanique font que YB66est utilisable dans les éléments dispersifs de monochromateurs à rayons X à faible énergie (1–2 keV)[17],[18].
Notes et références
[modifier|modifier le code]- Manelis R.M., Telyukova T.M., Grishina L.P., «Structure and properties in Yttrium diboride»,Inorg. Mater.,vol.6,,p.1035–1036
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- Sov. Inorganic Materials,vol.6,,p.1035
- CLin,L.W.Zhou,C.S.Jee,A.Wallashet J.E.Crow,«Hybridization effects — The evolution from non-magnetic to magnetic behavior in uranium-based systems»,Journal of the Less Common Metals,vol.133,,p.67(DOI10.1016/0022-5088(87)90461-9)
- SOtani,M.M.Korsukova,T.Mitsuhashiet N.Kieda,«Floating zone growth and high-temperature hardness of YB4and YB6single crystals»,Journal of Crystal Growth,vol.217,no4,,p.378(DOI10.1016/S0022-0248(00)00513-3,Bibcode2000JCrGr.217..378O)
- HHarima,A.Yanaseet T.Kasuya,«Energy bandstructure of YB12 and LuB12»,Journal of Magnetism and Magnetic Materials,vol.47-48,,p.567(DOI10.1016/0304-8853(85)90496-2,Bibcode1985JMMM...47..567H)
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- (en)Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé«Yttrium borides»(voir la liste des auteurs).
