Propriétés structurales du gallium liquide

¹ Groupe de Recherche n° 4 du CNRS "Physique des Liquides et Electrochimie", associé à l'Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, Tour 22, 75230 PARIS CEDEX 05, France.
² Laboratoire Léon Brillouin, B.P. n° 2, 91190 GIF SUR YVETTE, France.

Résumé

On rappelle les principaux travaux concernant les propriétés structurales du gallium liquide obtenues par diffraction des rayonnements dans l'intervalle de température compris entre 163 K et 1 303 K. Le comportement en fonction de la température du facteur de structure présente certains désaccords avec les prévisions de la théorie de Schneider sur la limite de stabilité des liquides en surfusion. L'interprétation des données structurales montre qu'il y a une similitude entre l'ordre à courte distance dans le liquide et celui de la forme cristalline métastable β. Cette analogie et l'étude du potentiel interatomique conduisent à infirmer l'existence de liaisons courtes covalentes dans le liquide.

Abstract

In this paper, we review the principal publications on the structural properties of liquid gallium, determined by diffraction of various radiations at temperatures between 163 K and 1 303 K.

Over this large range of temperature, the slow variation of the first coordinance number is roughly accounted for by the dependance with temperature of the bulk density. Moreover, the behavior of the structure factor with temperature, especially in the supercooled state, shows some discrepancy with the predictions of the mean field theory of Schneider, which predicts the existence of a supercooling limit temperature.

Interpretation of the structural properties of liquid gallium leads to the conclusion that a marked analogy exists between the short range orders in liquid gallium and in the metastable monoclinic form β Ga, which almost always appears when the supercooled liquid crystallises at low temperature. Moreover, it is shown that a central ionic pair potential can describe the very unique structure factor of liquid gallium. These two features clearly invalidate the hypothesis, put forward by many authors, of the existence of covalent short binding in liquid gallium especially in the supercooled state.