Sous haute pression, le phosphore a six voisins

2 janvier 2008

Au cœur des planètes, la matière est soumise à des conditions extrêmes de température et de pression sans commune mesure avec celles que nous connaissons à la surface de la terre. Des expériences de laboratoires permettent de recréer ces conditions afin d’étudier le comportement des matériaux. Une équipe de l’Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés, en collaboration avec une équipe de l’Université de Valencia (Espagne) s’est intéressée au phosphore, présent dans de nombreux composés minéraux.

Habituellement, dans les cristaux où il apparaît en association avec l’oxygène, l’atome de phosphore est entouré de quatre voisins. Ces nouvelles études ont montré que soumis à des pressions de 500 000 atmosphères, le phosphore présente jusqu’à six voisins oxygène.

Le matériau étudié dans ce travail est de la berlinite AlPO₄, un cristal dont la structure est semblable à celle du quartz - les atomes de silicium sont remplacés alternativement par des atomes d’aluminium et de phosphore- . Ce matériau a été mis sous haute pression à température ambiante et sa structure a été analysée par diffraction de rayons X. L’analyse des spectres a permis de confirmer qu’à 14 GPa le cristal transitait vers une structure orthorhombique où l’aluminium est entouré de six voisins oxygène, tandis que le phosphore n’a que quatre voisins. Une nouvelle transition située entre 50 et 65 GPa a été mise en évidence. Le phosphore est aussi hexacoordonné, et le cristal est dans une symétrie monoclinique. Cette transformation a été confirmée par des calculs ab initio, qui ont mis en évidence la stabilité de cette structure par rapport à d’autres. C’est la première fois que le phosphore hexacoordonné est observé dans un corps pur. De plus, la pression à laquelle cette structure a été observée est beaucoup plus basse que celle qui était prévue.

: AlPO₄ – Structure à l’ambiante. Boule rouge : O ; bleue : P ; blanche : Al

: AlPO₄ – Structure entre 14 et 50 GPa

: AlPO₄ – Structure au dessus de 50 GPa.

En savoir plus

Sixfold coordinated phosphorus by oxygen in AlPO₄ quartz homeotype under high pressure, Nature Materials, 6, 698 (2007)

Les auteurs

Julio Pellicer-Porres (Universidad de Valencia), Antonino Marco Saitta (Enseignant-chercheur à l’Université Pierre et Marie Curie), Alain Polian (Directeur de recherche CNRS) , Jean Paul Itié (Directeur de recherche CNRS - Synchrotron SOLEIL), et Michael Hanfland (E.S.R.F)