La lumière visible est BEAUCOUP plus grosse que les mailles cristallines

[JacquesL]

La lumière visible est BEAUCOUP plus grosse que les mailles cristallines, ou les quasi-mailles des verres. Elle ne voit pas de nombreux détails cristallins, qui pourtant intéressent beaucoup les métallurgistes et les électriciens. Pour la lumière, tout cristal de symétrie cubique est isotrope. Et pourtant ! S'exclame le métallurgiste. La lumière ne parvient à discerner dans les cristaux biréfringents que la seule propriété d'être « uniaxe » comme le spath d'Islande ou « biaxe ». Pour le métallurgiste qui s'intéresse aux dislocations, éléments constitutifs de la plasticité des métaux, foutre que non, un cristal cubique n'est pas un truc isotrope ! Prenons un cristal d'argent, cubique à faces centrées. Les plans denses en atomes sont la famille {1 1 1}, les directions de glissement actifs à la température ambiante sont la famille <1 1 0>. A température supérieure, d'autres plans de glissements peuvent intervenir, par exemple les plans {1 0 0}, mais les directions de glissement sont toujours de la famille <1 1 0>.

Les propagandistes nous rebattent les oreilles que l'effet photo-électrique étudié par Philipp Lenard serait la preuve que la lumière voyage par "petits grains", mais le seuil d'extraction des électrons dépend de la qualité de surface, ainsi que de la famille cristallographique de la face éclairée : Le travail de sortie des électrons du métal dépend de l'état cristallin (bon cristal ou mauvais cristal), et de l'orientation cristalline de la face éclairée : 4,26 eV pour de l'argent polycristallin, mais 4,74 eV sur la face (1 1 1) d'un monocristal, 4,64 eV sur une face (1 0 0) et 4,52 eV sur une face (1 1 0). Donc au moins pour l'argent, les zones les plus émissives du métal polycristallin, sont les joints de grains : zones à énergie plus élevée, dont nous avions vu plus haut en métallographie, qu'elles sont largement éliminées par recuit. Or ça n'est pas large, un joint de grain : deux à trois atomes. Voilà à moitié résolu notre problème de la convergence du photon éjecteur vers son absorbeur, la petite zone fugitivement candidate à émettre un électron. De plus les plans (1 1 1) d'un métal cubique à faces centrées sont des plans atomiques denses, les plus denses de tous, et (1 1 0) est le moins dense des trois où le travail de sortie a été mesuré.

Remarquez, en radiocristallographie, par exemple avec la raie doublet K_α du molybdène (aussi utilisée par Compton), de longueur d'onde moyenne 0,070926 nm, là la longueur d'onde devient comparable aux équidistances de plans métalliques, ce qui permet des diffractions par ces plans, mais pour que ces rayons diffractés aient une direction raisonnablement définie, il est indispensable que chaque photon X, ait une largeur de plusieurs dizaines de mailles cristallines. La loi de Scherrer permet de remonter approximativement aux dimensions des cristallites, typiquement dans une argile : l'élargissement et la mollesse des reflex diffractés sont dus à la trop petite taille des cristallites.

Bon, j'ai triché : j'ai parlé cristallographie sur des métaux, qui justement ne sont pas transparents à la lumière, mais au contraire réfléchissants, une caractéristique de l'état métallique. Passons à des cristaux diélectriques et transparents.

Cubique : le diamant, l'haline NaCl, le chlorure de césium CsCl, la fluorine CaF₂, certains grenats, certains spinelles, etc.

Les cubiques ne sont pas la majorité des cristaux transparents, les autres présentent une biréfringence.

Là encore l'opticien constate une simplification énorme dans la façon dont la lumière visible "voit" ces cristaux.

[JacquesL]

Même problème avec les solutions dextrogyres ou lévogyres (historiquement : des sucres). La distance entre molécules "optiquement actives" est incompatible avec une théorie corpusculaire. Là encore, chaque photon traversant la solution doit être bien plus large que cette distance moyenne entre molécules de soluté actif.