Etude des transitions de phases des composes Rb2KMO3F3, Cs2KMO3F3 et Cs2RbMO3F3 (M = Mo, W)

Etude des transitions de phases des composes Rb2KMO3F3, Cs2KMO3F3 et Cs2RbMO3F3 (M = Mo, W)

0038—1098/78108010515 Solid State Communications, Vol. 27, pp. 515—518. ©Pergan~nPress Ltd. 1978. Printed in Great Britain. $02.0O/O ETUDE DES TRAN...

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0038—1098/78108010515

Solid State Communications, Vol. 27, pp. 515—518. ©Pergan~nPress Ltd. 1978. Printed in Great Britain.

$02.0O/O

ETUDE DES TRANSITIONS DE PHASES DES COMPOSES Rb

2~O3F3

,

Cs2KMO~F3 ET Cs2RbMO3F3

(M

=

Mo, W)

G. Pdraudeau et J. Ravez Laboratoire de Chimie ciu Solide du C.N.R.S., Université de Bordeaux I, 351 cours de la Liberation, 33405 Talence, Cedex, France. H. Arend Laboratoire de Physique de l’Etat Solide, Institut Fdddral de Technologie, Honggerberg, CH — 8049 - Zurich, Suisse. (Received on 12 June 1978 by E. F. Bertaut)

Crystallographic, micro-D.T.A., dielectric and pyroelectric measurements have been performed for the Rb2KMO3F3 CS2KMOf3 and Cs2RbMO3F3 CM = Mo, W) compounds. Two types of transitions have been detected : the first one, for Rb2KMOO3F3 at low temperature, is due to the disappearance of the superstructure detected for Rb3MoO3F3a , the second one is of ferroelectric -paraelectric type (Rb2KMO3F3 and Cs2RbMO3F3 M = Mo, W). The transition temperatures have been compared vs the size of the alcaline ions and the nature of the M-O bonds. The increase of the transition temperatures from the A2A’MO3F3 to the A3MO3F3 compounds is likely due to the simultaneous presence of the A+ cations in the former ones in 6 and 12 coordination sites.

Une étude récente consacrée aux oxyfluorures de formule A3M03F3 (A = K, Rb, Cs ; M = Mo, W) avait permis de met— tre en evidence pour chacun d’entre eux deux temperatures de transitions de pha— ses CT1 et T2) supérieures a 300 K. La premiere a T1 K provient de la dispari— tion d’une supermaille mise en evidence a temperature ambiante ; la seconde, quadratique-cubique, a T2 Kest de type ferroélectrique—paraélectrique [i, 2J. Toutes ces phases, que nous appelons a, B, et y cristallisent avec la structure (NH4)3FeF6 , dams laquelle deux ions (NH4)+ occupent les sites de coordinence 12 et le troisième un site de coordinence 6 sur deux [3). Nous nous proposons d’dtudier ici les composes mixtes A2A’M03F3 (A = K, Rb, Cs ; A’ = K, Rb, Cs ; M = Mo, W). Ce travail avait plusieurs objec— tifs — en premier lieu mettre en dvi— dence de nouvelles phases ferrodiectri— ques, — ensuite determiner l’influence sur T1 et T2 d’un ordre dventuel entre cations alcalins dans les sites de coor— dinences 12 et 6, — abaisser la temperature p1 en dessous de l’ainbiante. La variation bru— tale a T1 du rapport c/a des parametres risque en effet de perturber la cristal— logCnèse en donnant naissance a des dé— fauts dans les cristaux lors de la des— cente en tem~ératu~e, rapprocher T2 de 300 K pour

d’éventuelles applications en pyroélectricitd ou en electrooptique. ETUDE CRISTALLOCHIMIQUE Les syntheses ont dtd rdalisdes a 600°Cen tubes d’or scellds sous argon sec par action des fluorures alcalins sur MoO3 ou W03. L’hygroscopicitd de ces fluorures nous a conduit a effectuer les manipulations prdalables en bolte a gants sèche. Les six phases de formule A2A’M03F3 avaient déjà dté annoncées par G. Pausewang et W. RUdorff[4) ; les rayons des ions alcalins y obdissent a la condition rA+ > rAI+ : Rb2KMoO3F3 , Rb~KWO3F3 CS2Kt4003F3, Cs2KWO3F3 , Cs2RbM0O3F3 Cs2RbWO3F3. Les compositions pour lesqueues rA4. < rA’-F (K2RbMQO3F3 par exempie) ne conduisent pas en revanche a des phases uniques. Ce résultat est lie bien entendu un ordre : dane les composes prCparCs les deux ions de grande tailie sont en coordinence 12, l’ion moms volumineux en coordinence 6. Les spectres X a 300 K ont été indexes, soit dans ie système quadrati— que, soit dans le système cubigue par isotypie avec ceux de Rb3MoO3F3 B et y (1). Le tableau I donne l’ensemble des résultats obtenus ; us sont en bon accord avec ceux de G. Pausewang et W. Rüdorff (4). La valeur des paramètres a~ , aq et Cq crolt avec la taii].e des ions A et A’. Le rapport cq/aq est voisin de V~.

a

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ETUDE DES TRANSITIONS DE PHASES DES COMPOSES

ETUDE DES TRANSITIONS DE PHASES Les transitions de phases ont e~e dtudides par diffraction X, micro-A.T.D., mesures didlectriques et pyrodiectriques. a) L’dvolution thermique des spectres x dtait suivie sous vide de 80 a 600 K ; elle a perinis de ddceler les transitions cristallographiques a la temperature T1. b) Les etudes par mnicro—A.T.D. ont dtd effectudes en amnpoules de platine scellées contenant environ 200 mg de produit a l’aide d’un thermoanalyseur Mettier TA1. Les transitions a p1 et T2 donnent naissance a des pics de faible intensitd, l’aznorce d’un pic d’intensitd plus forte permet de ddceler le point de fusion. C) Des cdramiques ont étd prépa— rées par frittage a des temperatures comprises entre 700 et 800°Cen tubes d’or scellds sous argon sec. Les dchantillons obtenus sont des pastiiles de 6 mm de diamdtre et de 0,5 a 1 mm d’dpaisseur, leur compacitd vane de 0,90 a 0,95. Des electrodes d’or ont dtd ddposées sur les faces circulaires par evaporation du metal sous vide. Des me— sures didlectriques réalisdes sous vide de 80 a 600 K a une frdquence de 1 kHz ont permis de determiner l’dvolution thermique de ia permittivitd.

d) Des mesures de thermocourants ont dtd effectudes sur cdramiques 5OUS helium. L’intégration du courant pyrodlectrique qui apparalt permet de determiner la variation de la polarisation spontande avec la temperature, TABLEAU I Paraxnètres cristallins des phases A2A’M03F3 a 300 K ___________________________________ Phases

a

300 K

Paramètres cristallins

(A) 0,004

=

q cq

6,310

±

=

8,924

± 0,005

ac

=

8,924 ±0,005

a c

=

9,078 ±0,005

C52KWO3F3

ac

=

9,101 ±0,005

C52RbM0O3F3

aq

Rb2KMoO3F3 Rb2KWO3F3 Cs2KM0O3F

3

a

6,535

±

0,004 005

Cq = 9,245 ± , _________________________________________ a = 6,579 ± 0,004 Cs2RbWO3F3 q Cq = 9,305 ± 0,005

Vol. 27, No. 5

La figure 1 donne par exemple lee divers résultats obtenus a partir d’une céramique de Rb 2KM0O3F3.

TABLEAU II Temperatures de transition et de fusion pour les divers composes A2A’M03F3 isolés. T1 (K) Rb2KMoO3F3 Rb2KWO~F3 CS2KMOO3F3

182 ±5

T2 (K)

T~ (K)

328 ±5

1070 ±10

291 ±5

1180 ±10 995 ±10

CS2KWO3F3 1080 ± 10 __________________________________________ Cs2RbMoO3F3 413 ±5 805 ±10 ________________________________________ CS2RbWO3F3 348 ±5 1085 ±10 DISCUSSION DES RESULTATS Les diverses mesures effectuées ont permis de mettre en evidence et de caractdriser les transitions de phase des six composes A2A’M03F3 entre 80 et 600 K. Le tableau II résumé l’ensemble de nos rdsultats. Dans le domaine de temperature considdrd seul Rb2KM0O3F3 comporte tine transition ~ T1 de type Rb3M0O3F3 n + Rb3M0O3F3 B , c’est—à— dire correspondant a ia disparition de la supermaille [i] . Des transitions quadratique - cubique de type ferrodiectrique — paradlectrique apparaissent a une temperature T2 pour Rb2KMO3F3 et Cs2RbMO3F3 (M = Mo, W). Nous constatons d’abord que comme prdcddemment pour les composes A3MO3F3 (A = K, Rb, Cs ; M = Mo, W), la tempd— rature de Curie Tc = P2 croIt par remt,lacement du tungstène par le rnolybdène 12]. Ce phdnomène est certainement dO a l’augmentation de la covalence des liaisons M-X (X = 0, F). Par ailleurs la nature des grou— pements A2A’ a dgalement une influence importante : P2 diminue de Cs2Rb a Rb2K (tableau II). Ce rdsultat peut s’expliquer aisdment Si Ofl tient compte du fait que le caractère ferroélectrique d’une phase est lid ~ la distorsion du reseau cristallin. Pour le groupement Cs2Rb, malgré la presence de gros catioris en coordinence 12 les ions Rb’~’ de grande taille par rapport au molybdène et au tungstène en coordinence 6 créent une très forte distorsion des sites de coordinence 6, d’oO les valeurs dlevdës de T2 [5] . Pour le groupement~Rb~Kla taille plus petite des ions K entraine une distorsion plus faible. Dans ie cas

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S

A

6,3

a ~/5

Lo000•••••°i

6,2’°’°T

(b)

pS

arb.) ~°‘°‘~“°‘°°“\~d)

(Un

200 FIG. 1

300

400 T(K)

Etude de Eb

2KMoO3F3 par diffraction X (a), micro-A.T.D. (b) , mesures didlectriques (C) et pyroélectriques Cd).

du groupement Cs2K la presence simultanee de gros ions en sites de coordinence coordinence 12 et d’ions 6 relativement tend ~ régulariser petite en la structure. Ainsi s’explique l’absence de phase ferroélectrique pour les compo— sds Cs2KMoO3F3 et Cs2KWO3F3. Pour ].es composes A3M03F3 les Valeurs de P1 et de T2 sont supdrieures a celles de A2A’M03F3. On petit penser que la disparition de l’ordre cationique précédent pour les A3M03F3 et la prdsen— ce simultanée d’un mémne cation A+ en sites de coordinences 6 et 12 provoquent tine très forte distorsion du réseau. On remarquera que la disparition a temperature ambiante de la phase de type Rb3MoO3F3ct , possédant une super— maille, présente un grand intérét pour la cristallogCnCse des phases ferroélec— triques Rb2KMoO3F3 , Rb~KWO3F~,

Cs2RbMoO3F3 et Cs2RbWO3F3. TF augmentent molybdène au Les valeurs desdu temperatures de fusion tungstène en raison du caractère plus réfractaire de W0 3 elles sont voisines en fait de celles obtenues pour les composes A3M03F3. CONCLUSION L’dtude des composes Rb2KMO3F3 C52KMO3F3 et Cs2RbMO3F3 (M = Mo, W) a montrd i’existence de deux transitions de phases pour Rb2KM0O3F3 comme dans le cas des composes A3M03F3 (A = K, Rb, Cs M = Mo, W), mais d’une transition unique pour Rb2KWO3F3 et Cs2RbMO3F3 (M = Mo, W). Seuls lee composes Cs2KMO3F3 ne comporte pas de varietes ferroelectriques, rdsul— tat lie a l’ordre entre lee cations al— calms qui entraine une diminution de la distorsion du rdseau cristallin con—

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ETUDE DES TRANSITIONS DE PHASES DES COMPOSES

duisant a une syrnétrie cubique. Les deux composes Rb 2KM0O3F3 et Cs2RbWO3F3 possèdent tine temperature de 348 K). Curie iég~rement supdrieure a l’ambiante ~Jrie êEude ae crist~tliogénèse actuellement (TCRb2KMO0.~F3 = 328 K; TCCS2RbWO3F3=

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en cours permettra de prdciser leurs Ca— ractères physiques et montrera l’intérdt de ces cr~stauxen vue d’applications pyrodlectricite [6] éventuelles en diectrooptique ou en

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PERAUDEAU G., RAVEZ J., State Cominun., 23, 543

TRESSAUD A., (1977).

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PERAUDEAU G, RAVEZ J., HAGENMULLER P. & AREND H., Solid State Commun., (en cours de parution)

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PAULING L., J. Amer. Chem. Soc., 46, 2738 (1924), PAUSEWANG G. & RIJDOREFW., Z. anorg. allg. Chem., 364, 69

5.

SHANNON R.D.

6.

Nous exprimons notre gratitude a MM. R. Von der MUhil et A. Tressaud lesquels nous avons eu de fructueuses discussions.

& PREWITT C.T.,

Acta

HAGENMULLER P. & AREND H.,

Cryst.,

B25, 925

Solid

(1969).

(1969). avec