ANISOTROPIE DES CORRÉLATIONS DE POSITION DANS LE TELLURE LIQUIDE

Résumé
La structure locale du tellure liquide est le résultat d'une compétition entre : - des effets de potentiel, qui favorisent des configurations locales assez anisotropes - des effets entropiques, qui stabilisent des configurations plus isotropes. A basse température (liquide surfondu), les effets de potentiel dominent, et imposent des interactions fortement anisotropes entre les atomes du liquide. La structure locale est caractérisée par des corrélations fortes avec 2 voisins seulement, et faibles avec 4 autres. On observe donc une tendance des corrélations à être plutôt unidimensionnelles ; dans la limite (hypothétique) des basses températures, cette tendance aboutirait à la formation de chaînes. A des températures plus élevées, on assiste à un branchement progressif des chaînes, qui conduit à la formation d'une structure localement bidimensionnelle ; plus précisément, on a des interactions fortes avec 3 plus proches voisins définissant localement un feuillet, faibles avec 3 autres appartenant au feuillet voisin. Cette structure est dominante dans toute la gamme de températures où le liquide est stable. Enfin à très haute température, les corrélations deviennent encore plus isotropes : chaque atome a sa première sphère de coordination formée de 6 voisins équidistants (configuration cubique simple). Ces transformations sont évidemment liées à une augmentation de l'entropie (c. a. d. du désordre) du liquide, mais la nature de ce désordre n'est pas claire au premier abord. Une analyse en modes du désordre du liquide montre que l'évolution en température de l'entropie est dominée par les modes à très courte longueur d'onde (essentiellement des cisaillements locaux). De ce point de vue, le problème est assez semblable à celui du désordre de vibration dans certains semi-métaux solides (étain gris par exemple), et pourrait être interprété d'une manière plus quantitative par un calcul des constantes élastiques et des énergies de cohésion pour les différentes configurations locales.

Abstract
The local structure of liquid tellurium is the result of a competition between : - the potential energy, which favours some fairly anisotropic local configurations - the entropy of the liquid, which stabilizes the more isotropic configurations. At relatively low temperatures (supercooled liquid), the effects of the potentials are dominant ; consequently, the interactions between neighbouring atoms are strongly anisotropic. The local structure is then characterized by strong correlations for each atom with only 2 neighbours, and weak interactions with 4 others. In this sense, a tendency towards one-dimensional correlations is observed. In the (hypothetical) limit of a low temperature liquid, that tendency would produce a chain structure. By higher temperatures, a progressive branching (reticulation) of the chains is observed ; this leads to a "bidimensional" local structure. More precisely, each atom has strong interactions with 3 nearest neighbours which define a local sheet, and weak with 3 others which belong to the next sheet, as in the arsenic (A7) structure. That structure is dominant in the whole range of temperatures where the liquid is stable. Finally, at very high temperatures, the correlations become even more isotropic : each atom has a first coordination sphere made of 6 equidistant neighbours (simple cubic configuration). These transformations are clearly connected with an increase of the entropy (i. e. of the disorder) of the liquid, but the nature of that disorder is not clear at first sight. An analysis of the disorder of the liquid into vibrational modes shows that the evolution with temperature of the entropy is dominated by the modes of very short wawelength (essentially local shears). From that point of view, the problem is rather similar to that of the vibrational disorder in some solid semimetals (gray tin-white tin transformation), and could be interpreted in a more quantitative way by a computation of the elastic constants and cohesion energies associated with the different configurations.