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Structure cristalline révélée : pourquoi la famille des cristaux hexagonaux est-elle si unique ?
En cristallographie, la famille de cristaux hexagonaux est l'une des six familles de cristaux, couvrant deux systèmes cristallins (hexagonal et trigonal) et deux systèmes de réseau (hexagonal et rhomboédrique). Bien que souvent confondu, le système cristallin trigonal n’est pas équivalent au système de réseau rhomboédrique, et cela est particulièrement important dans la famille cristalline hexagonale. Cet article explorera le caractère unique de la famille des cristaux hexagonaux et en apprendra davantage sur ses structures de réseau, ses systèmes cristallins et leurs applications dans les structures multi-éléments.
Structure de base de la famille des cristaux hexagonaux
La famille des cristaux hexagonaux se compose de 12 groupes ponctuels, et au moins un groupe spatial a un réseau hexagonal comme base. Il existe un total de 52 groupes d'espace associés dont les dimensions sont définies par le réseau de Bravais comme étant hexagonales ou rhomboédriques. Ces structures se caractérisent par leurs symétries, particulièrement bien spécifiées dans les systèmes cristallins.
La famille des cristaux hexagonaux est unique non seulement par sa structure, mais également par sa symétrie et son potentiel d'application en science des matériaux.
Introduction au système de treillis
La famille des cristaux hexagonaux se compose de deux systèmes de réseau : hexagonal et rhomboédrique. Chaque système de treillis est constitué d'un réseau Bravais. Dans le système cristallin hexagonal, le cristal est généralement représenté par un cristal avec deux axes égaux (a et a) et un angle d'inclusion (γ) de 120° et une hauteur (c) perpendiculaire aux deux axes basaux. Cette structure rend le réseau hexagonal plus pratique pour les applications pratiques.
Systèmes cristallins hexagonaux et trigonaux
Les deux principaux systèmes cristallins de la famille des cristaux hexagonaux sont les systèmes trigonal et hexagonal. Le système cristallin trigonal contient cinq groupes de points avec un seul axe de rotation triple, tandis que le système cristallin hexagonal contient sept groupes de points avec un seul axe de rotation sextuple. Par exemple, les cinq groupes ponctuels d'un système cristallin trigonal correspondent à son groupe spatial, tandis que les sept groupes ponctuels d'un système cristallin hexagonal ont 27 groupes spatiaux désignés comme systèmes de réseau hexagonal.
Le système cristallin trigonal est le seul à être associé à plusieurs systèmes de réseaux, ce qui met en évidence sa complexité dans la structure cristalline.
Structure hexagonale compacte
Le compactage hexagonal (hcp) est l'un des deux types de compactage atomique ayant la densité la plus élevée. Il diffère du cubique à faces centrées (fcc) en ce qu'il ne s'agit pas d'un réseau de Bravais mais d'un point du réseau composé de deux atomes. Cette fonctionnalité apporte un grand potentiel d’application à la science des matériaux, en particulier dans la recherche des métaux et alliages.
Structure multi-éléments
Les composés basés sur la structure de la famille des cristaux hexagonaux sont relativement courants en science des matériaux. Un exemple est la structure Wurtzite, qui représente la structure B4 en cristallographie et a diverses applications, notamment dans les semi-conducteurs. La structure Wurtzite peut présenter des caractéristiques non centrosymétriques, elle possède donc d'excellentes propriétés telles que la piézoélectricité et la thermoélectricité.
L'une des caractéristiques frappantes de la structure wurtzite est son manque de symétrie d'inversion, ce qui rend ses propriétés distinctes des autres structures.
Conclusion
Le caractère unique de la famille des cristaux hexagonaux se reflète dans sa structure complexe, son système cristallin modifiable et son fort potentiel d'application. Cette famille de cristaux présente des possibilités infinies, tant en science fondamentale qu’en applications. À l’avenir, comment les scientifiques utiliseront-ils ces structures uniques pour promouvoir le progrès technologique ?
