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Ian Swainson
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Structures et dynamique
Chimie structurale
Le programme expérimental en chimie structurale porte surtout sur la détermination de la structure et la caractérisation de systèmes complexes. La majorité du travail s'effectue sur des échantillons polycristallins et met en oeuvre le traitement Rietveld des données provenant du diffractomètre à poudre à haute résolution (C2) de DUALSPEC. Par sa nature, un tel programme tend à une certaine diversité. Cette technique est particulièrement puissante pour mesurer de petites variations de structure en fonction de certains paramètres, comme la température. Ainsi, l'étude des transitions de phase structurales est un composant important du programme.
Parmi d'autres types structurels qui ont été étudiés, il y a les sels d' ammonium, habituellement sous forme deutérée. Au moyen des données du DUALSPEC, il a été possible de préciser l'orientation de l'ion d'ammonium et le mouvement anisotropique de l'ion dans le réseau. Plusieurs structures à ossature étendue, comme celle des clathrates, des zéolites et des composés d'inclusion, ont été étudiées. Les clathrates appartiennent à un type de composé d'inclusion dans lequel l'hôte forme la structure en forme de cage capable de retenir des intrus. Les forces intermoléculaires entre l'hôte et l'intrus sont habituellement faibles par rapport aux liaisons chimiques. Actuellement, nous nous intéressons à un nouveau type de clathrate, les clathrates semiconducteurs, MxN46 dans lequel M est un métal et N est Si, Ge ou Sn. Ces matériaux peuvent adopter divers comportements électroniques qui vont du semiconducteur au supraconducteur en piégeant différentes proportions de l'intrus métallique. Les conductivités thermiques des clathrates semiconducteurs sont très inférieures à celles de leurs phases diamant. Il s'agit de matériaux très prometteurs pour des applications comme le refroidissement thermoélectrique et la production électrique. Nous avons déterminé les paramètres du réseau et les facteurs thermiques des clathrates semiconducteurs au moyen de la diffraction neutronique sur poudre. Nous avons trouvés que les paramètres de Grüneisen de ces matériaux, combinés à d'autres propriétés thermiques, dont la capacité calorifique et la compressibilité, sont anormalement élevés à très basse température, ce qui est dû à la forte diffusion des phonons acoustiques caloporteurs par le branle des intrus.
La chimie structurale des matériaux géologiques est un autre composant du programme. L'un des intérêts principaux de ces matériaux est l'ordonnancement statistique d'atomes semblables sur des sites spécifiques (p. ex. : Si et Al) et les transitions de phase résultant d'un tel ordonnancement. Des résultats ont été obtenus récemment pour un système de spinelle modèle formé par une solution solide. Des mouvements moléculaires et ioniques ont été étudiés au moyen de techniques de diffusion inélastique à l'aide des spectromètres à trois axes. De récentes mesures de l'excitation moléculaire dans plusieurs systèmes minéraux ont été utilisées pour étudier les forces interatomiques dans ces derniers, en particulier l'étrange diffusion inélastique par la calcite.
Nous avons récemment étudié la structure de l'ikaite CaCO3.6D2O, minéral rare qui se forme dans l'eau gelée, ainsi que son importance géologique en regard de ses pseudomorphes utilisés comme paléothermomètres. Nous travaillons aussi sur certains aspects des hydrates de gaz formés dans des conditions similaires à celles de l'ikaite.
Information pertinente
La diffraction neutronique des poudres
