Recherches expérimentales sur l'épitaxie ou orientation mutuelle de cristaux d'espèces différentes
Authors: Royer Louis 
Published: May 2020

Je me suis proposé dans ce travail de réaliser par l'expérience de nouveaux exemples d'épitaxie entre cristaux d'espèces différentes, d'établir la loi qui régit l'orientation relative des deux cristaux et de préciser les facteurs qui conditionnent le dépôt épitaxique.

1). J'ai été ainsi amené à découvrir une nouvelle catégorie d'accolements réguliers se faisant entre cristaux de même symétrie, mais de modes de structure distincts.

Tous les exemples d'épitaxie connus jusqu'ici entre substances de même symétrie se faisaient indistinctement sur toutes les faces du cristal support et de sorte que les plans de même notation cristallographique fussent parallèles dans les deux espèces ; ils étaient dus à la coïncidence approchée d'une maille simple ou multiple simple dans les deux cristaux.

Par contre dans l'orientation des sels cubiques AmCl et AmBr [Am = ammonium] sur les cristaux cubiques de sel gemme, de sylvine et de galène, l'orientation n'a lieu que sur certaines faces bien déterminées à l'exclusion de toutes les autres : sur celles précisément pour lesquelles le réseau plan est quasi-identique dans les deux cristaux. L'orientation se fait de manière que les paramètres qui ont à peu de chose près mêmes valeurs aient même direction ; les plans correspondants n'ont plus même direction dans les deux espèces, mais ont subi les uns par rapport aux autres une rotation autour de la normale au plan d'accolement.

Ces nouveaux accolements de AmCl et AmBr sur le sel gemme, la galène et la sylvine apportent la preuve décisive que l'épitaxie est possible même quand il n'y a quasi-identité que pour une maille plane des deux espèces et sans qu'il intervienne aucune coïncidence des réseaux dans la troisième dimension.

2) Un autre fait nouveau dont on ne connaissait jusqu'ici aucun exemple est donné par l'orientation unique de l'iodure d'ammonium sur un clivage de mica ; il montre que dans certains cas l'épitaxie est capable de mettre en évidence à la fois la symétrie d'une strate unique de molécules parallèles à un plan réticulaire et la présence d'un plan de symétrie avec glissement dans l'édifice cristallin.

3). J'ai montré par l'exemple de NaBr anhydre se déposant sur la galène comment l'action d'un cristal porteur pouvait influer même sur la nature chimique du dépôt si celui-ci est constitué de cristaux ayant même structure et même période que celui-là. C'est également le premier exemple que l'on ait rencontré jusqu'ici de ce genre d'influence du cristal support sur le cristal porté.

4). La discussion des accotements réalisés et de quelques groupements orientés de minéraux naturels ainsi que les résultats négatifs de quelques essais mènent à la conclusion que deux, peut-être trois facteurs interviennent dans l'épitaxie, à savoir :

a) la répartition géométrique des nœuds dans les réseaux des deux espèces : elle doit être telle que deux mailles planes simples ou multiples simples soient, à une certaine tolérance près, identiques dans les deux cristaux ;

b) la polarité des particules dans les deux substances : il faut que les ions qui, lors de l'accolement dans l'une des substances, occupent les positions des ions de l'autre, soient tous de même polarité qu'eux ;

c) le mode d'enchaînement des éléments du cristal entre eux : il semble nécessaire qu'il soit identique dans les deux espèces.

5). J'ai recherché de nouveaux exemples d'épitaxie ; j'ai pu en augmenter la liste déjà existante en y ajoutant les cas suivants :

NaCN sur le sel gemme ;

AgCl sur la sylvine ;

AgCl et AgBr sur le sel gemme ;

LiCl, LiBr, KF et NaCl sur l'alabandine ;

AgCl, NaCl, RbF, AgBr, NaBr, CsF, LiI, KCl, NaI, NaCN et KCN sur la galène ;

CuCl sur la blende ;

NaNO³ sur des faces autres que p(100) de la calcite ;

LiNO³ et KNO³ sur la calcite ;

NaClO³ et NaBrO³ sur la calcite ;

RbCl, RbBr, RbI, NaBr et NaI sur le mica ;

KCl sur le mica en position tournée de 90° par rapport à celle connue jusqu'ici 1;

LiNO³ sur le mica ;

K²Zn(CN)⁴ ; K²Cd(CN)⁴ et K²Hg(CN)⁴ sur le mica ;

K²Zn(CN)⁴ sur la sylvine, le bromure de potassium et le chlorure de rubidium ;

AmBr et AmCl sur le sel gemme ;

AmBr et AmCl sur la galène ;

KI sur la face a¹(111) de la calcite.

Dans tous ces exemples la position de l'un des cristaux par rapport à l'autre a pu être déterminée.

J'ai pu ainsi réaliser une quarantaine de dépôts orientés nouveaux ; les lois ci-dessus énoncées qui conditionnent l'épitaxie ont pu ainsi être vérifiées sur plus de quatre-vingts exemples.

En plus de ces différents résultats nouveaux, j'ai été amené :

6) à constater que la forme des cristaux qui se déposent n'est pas changée du fait de l'épitaxie et qu'inversement, si celle-ci a lieu, elle se produit quelle que soit cette forme ;

7) à perfectionner les méthodes employées jusqu'ici pour produire un dépôt épitaxique à partir d'une solution sur un cristal support ; j'ai indiqué un procédé permettant, dans les cas favorables d'obtenir l'orientation complète de la totalité des cristaux qui se déposent ;

8) à appliquer deux méthodes à l'étude de la nature du dépôt épitaxique, à savoir : celle de la mesure des indices de réfraction par immersion dans des liquides d'indices gradués et celle de l'analyse des cristaux au moyen des rayons X ; j'ai montré qu'une telle étude est nécessaire toutes les fois que le cristal support est soluble dans la solution du sel que l'on veut faire cristalliser à sa surface. J'ai été ainsi conduit à modifier très notablement le tableau des épitaxies entre sels haloïdes donné par Barker ;

9) à préciser d'une manière détaillée l'analogie, déjà présumée par d'autres auteurs, qui existe entre les phénomènes de croissance, de syncristallisation, de macle d'une part, et l'épitaxie d'autre part et qui paraît plus évidente encore après ces essais.