STACKING FAULTS, TWINS, AND THE STRUCTURAL STABILITY OF VAN DER WAALS SOLIDS

Résumé
Des dislocations et des fautes d'empilement ont pu être identifiées par microscopie électronique en transmission, à basse température, dans des gaz rares solides, ainsi que dans β-O₂ et α-N₂. La relative stabilité des différentes structures cristallines de ces solides a été également calculée. Dans le xénon solide des fautes d'empilement ont été observées ; leur énergie a été estimée à partir des largeurs de dislocations et des noeuds étendus ; la différence relative d'énergie entre les phases h. c. et c. f. c. du xénon a pu être aussi évaluée, et est en bon accord avec la théorie au moins pour l'ordre de grandeur. La structure de β-O₂ est rhomboédrique et peut être représentée par un empilement ABC de molécules O₂ parallèles. Macles et fautes d'empilement sont fréquentes sur le plan basal (0001), du fait de la faible différence d'énergie entre les empilements ABC ou ABAB des molécules. Des macles sur (10[MATH]4) se rencontrent aussi fréquemment, et leur énergie est estimée. On a montré que la phase de basse température de α-N₂ possède la symétrie cubique Pa3, c'est-à-dire que la structure est c. f. c. à ceci près qu'en chacun des quatre noeuds de la maille c. f. c. les axes moléculaires pointent dans une direction < 111 > différente. Des macles et non des fautes d'empilement, se forment facilement, qui sont probablement du 2^e type d'après la diffraction et la microscopie électronique. Les calculs indiquent qu'il est possible de comprendre qualitativement les structures de β-O₂ et de α-N₂ à l'aide des forces de dispersion et quadrupolaires, et l'extension de cette méthode aux configurations des défauts est en cours.

Abstract
In the course of a programme of investigating van der Waal's solids by low temperature transmission electron microscopy, dislocations, stacking faults and twins have been observed in the rare gas solids, β-O₂ and α-N₂. Calculations of the relative stability of different crystal structures of these solids have also been performed. Stacking faults have been observed in solid xenon and the width of dislocations and extended nodes used to estimate both the stacking fault energy and the relative energy difference between the h. c. p. and f. c. c. forms of xenon. A theory of this energy difference has been given which is in order of magnitude agreement with the observations. The structure of β-O₂ is rhombohedral, and can be visualised as an ABC packing of parallel O₂ molecules. Twins and stacking faults on the basal (0001) plane are frequently observed, which arise because of the low energy difference between ABC and ABAB packing of the molecules. Twins on (1014) are also observed frequently and their energy is estimated. The low temperature phase α-N₂ has been shown to have the Pa3 cubic structure, in which the structure is f. c. c., except that at each of the four lattice points, the molecular axis points in a different < 111 > direction. Twins, but not stacking faults, are readily formed, and electron diffraction and microscopy experiments indicate that these are probably type II twins. Calculations have indicated that the structures of β-O₂ and α-N₂ may be understood qualitatively in terms of dispersion plus quadrupole forces, and extension of these calculations to understand defect configurations is underway.