Une perturbation localisée de l'arrangement périodique idéal dans un réseau cristallin, incluant les défauts ponctuels (vacances, interstitiels, impuretés substitutionnelles), les défauts linéaires (dislocations) et planaires (failles d'empilement), l'accent étant mis ici sur les disruptions ponctuelles décrites par des écarts d'occupation ou d'identité des sites du réseau.

Principe

Les propriétés du cristal sont gouvernées par le potentiel périodique du réseau ; un défaut cristallin est tout éloignement local de cette périodicité qui modifie l'occupation ou l'identité atomique et perturbe le comportement électronique, mécanique ou diffusif local.

Démonstration

Dans le chlorure de sodium, un défaut de Schottky (paire de vacance cationique/anionique proches) diminue la densité du réseau et augmente la conductivité ionique ; dans le fer, des atomes de carbone en sites interstitiels durcissent le métal en entravant le mouvement des dislocations.

Mauvaise application

Qualifier tout atome étranger de 'défaut' sans distinguer impureté substitutionnelle et dopage neutre, ou confondre un défaut ponctuel avec une dislocation étendue, ce qui conduit à des prévisions erronées de mobilité et d'effets de concentration.

Conséquence

Une fois identifiés et quantifiés, les défauts cristallins expliquent et prédisent des changements macroscopiques tels que conductivité électrique modifiée, absorption optique, résistance mécanique, vitesses de diffusion et activité catalytique ; contrôler types et concentrations de défauts permet d'ingénier les matériaux.

Inversion

Un réseau parfaitement périodique et sans défaut (cristal idéal) restaure la symétrie de translation et élimine les états localisés liés aux défauts ; expérimentalement, cependant, l'absence totale de défauts est rarement atteignable à température finie.

Limite

Cet article se concentre sur les perturbations localisées du réseau (en particulier les défauts ponctuels) et exclut les adsorbats purement surfaciques, les phénomènes de joints de grains considérés comme des traits mésoscopiques, et le désordre amorphe où la périodicité à longue portée fait défaut.

Tension sémantique

Distinguer 'impureté' (espèce étrangère présente) et 'défaut' (site manquant ou déplacé) peut être ambigu lorsque l'impureté se substitue au réseau et le perturbe ; de même, la frontière entre défaut ponctuel et défaut étendu peut s'estomper à forte concentration.

Synthèse

Un défaut cristallin est une interruption locale de la périodicité du réseau—caractérisé par son type (vacance, interstitiel, substitutionnel), sa position et sa concentration—qui gouverne de nombreuses propriétés matérielles et peut être contrôlé pour ajuster les performances, même si les cristaux réels contiennent souvent plusieurs classes de défauts interagissant.