Relaxation orientationnelle dans les solides : des idées de Bauer et Magat aux résultats actuels

Laboratoire de Physique de la Matière Condensée associé au CNRS n° 190. Parc Valrose. 06100 Nice.

Résumé

Durant la décennie 1943-53, E. Bauer, puis E. Bauer et M, Magat, ont essayé d'inférer, sur la base des maigres résultats expérimentaux de l'époque, une théorie de la liberté orientationnelle des molécules dans certains cristaux. Se posaient alors les problèmes essentiels suivants sur la nature et les conditions de ces mouvements:

• 1)

  Consistent-t-ils en une rotation continue, ou bien en une suite aléatoire de réorientations entre puits de potentiels préexistants ?

• 2)

  L'existence de la liberté orientationnelle est-elle liée à une transition thermodynamique préalable ? Et de quel type ?

• 3)

  S'il y a des puits de potentiel, il existe aussi des cols de potentiel. Est-ce que seuls les plus bas de ces cols sont empruntés par les molécules lors des réorientations ?

• 4)

  Aux temps courts le potentiel vu par la molécule a-t-il une courbure moyenne non nulle, c à d existe-t-il des oscillations an- gulaires amorties (librations) ?

On examine alors les résultats expérimentaux actuels, en particulier ceux acquis récemment par l'auteur et ses collaborateurs sur une phase rotationnelle typique (quinuclidine "plastique").

On conclut que, si le langage et les outils mathématiques ont changé, les réponses proposées par Bauer et Magat apparaissent aujourd'hui au moins qualitativement exactes sur la plupart des points ci-dessus.

Abstract

During the decade 1943-53 E. Bauer, and afterwards E. Bauer of M. Magat tried to infer, from the meager experimental data of that time, a theory of the orientational freedom of the molecules in certain crystals.

The following questions could then be asked upon the nature end the conditions of these motions :

• 1)

  Do they have the form of a continuous rotation, or of random jumps among pre-existing potential wells?

• 2)

  Is the existence of a rotational freedom necessarily linked to a previous phase transition?

• 3)

  Are the lowest potential saddle points the only path for the molecule to reorient?

• 4)

  At short time, when the molecule resides in a well, does .the potential have a non-zero mean curvature, i.e. does it exist (damped) angular oscillations (librations)?

Some present experimental results are then reviewed by the author, in particular his results concerning quinuclidine in its plastic phase.

It is concluded that, despite the changes in the vocabulary and in the employed mathematical tools, the answers proposed by Bauer and Magat Presently appear to be at least qualitatively correct on most of the questions mentioned above.