HAL Id: jpa-00214536
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Submitted on 1 Jan 1971
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REMARQUE SUR LA RELAXATION ZENER DANS LES ALLIAGES FE-V ET L’HYPOTHÈSE DE LA
SOUDAINETÉ DU SAUT DE DIFFUSION
J.-J. Paltenghi, O. Mercier
To cite this version:
J.-J. Paltenghi, O. Mercier. REMARQUE SUR LA RELAXATION ZENER DANS LES ALLIAGES
FE-V ET L’HYPOTHÈSE DE LA SOUDAINETÉ DU SAUT DE DIFFUSION. Journal de Physique
Colloques, 1971, 32 (C2), pp.C2-55-C2-56. �10.1051/jphyscol:1971210�. �jpa-00214536�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplkment au no 7, tome 32, Juillet 1971, page C2-55
REMARQUE SUR LA RELAXATION ZENER DANS LES ALLIAGES FE-V ET L'HYPOTI~&SE DE LA SOUDAINETE DU SAUT DE DIFFUSION
Par
J.-J. PALTENGHI et 0. MERCIER EPF-Lausanne
Rksurnk. - L'hypothkse de la soudainetk du saut de diffusion atomique est discuth a partir des mesures de relaxation Zener dans les alliages ferromagnktiques Fe-V. Les auteurs suggkrent l'existence, durant le saut de diffusion atomique, d'un Btat de transition dont la durke moyenne serait de l'ordre de 103 pkriodes de Debye.
Abstract. - The sudden-jump approximation of the atomic diffusion is discussed on the basis of the Zener relaxation data in Fe-V alloys. The large increase of the diffusion constants near the Curie temperature is not readily compatible with the view of a sudden-jump model. The authors suggest an alternative view in which about 103 Debye periods are required before the jump go to completion.
1. L'anomalie de l'entropie de diffusion dans les alliages Fe-V. - La diffusion atomique dans l'alliage ferromagnktique Fe-V prtsente une particularitt trks curieuse. Dans la zone d'ttablissement de 1'Ctat ferromagnktique (840 OC > T > 500 OC pour l'alliage Fe-18 % V), on observe [I, 21 par relaxation Zener une baisse trts rapide du coefficient de diffusion par rapport aux valeurs obtenues dans I'ttat paramagntti- que ( T > 840 OC) par mesures de diffusion de traceurs.
Dansl'ttat ferromagnttique bien ordonnt (T < 500 OC), on retrouve cependant par mesure de trainage tlasti- que les constantes de diffusion obtenues dans 1'Ctat paramagnttique. Dans le cadre d'une loi d'Arrhtnius, cette anomalie se traduit dans la zone de transforma- tion magnCtique par un accroissement considtrable de l'enthalpie AHD et de l'entropie ASD de diffusion.
Le coefficient de diffusion D s'Ccrit habituellement pour un mtcanisme lacunaire :
2
AHD
D = a v o exp 5 exp - -
k kT
oh a est le paramttre cristallin et v o une frkquence
<t
d'essai
))gkntralement identifiCe 21 la frkquence
limite de Debye [3].
Les calculs de ASD basts sur le modble du saut de diffusion soudain 14, 51 donnent des valeurs compati- bles [6] avec les mesures du parambtre
D,, = a2 vo exp AS,
dans les domaines paramagnttique et ferromagnttique bien ordonnt.
Par contre, les mesures de relaxation Zener dans 1'6tat de transition conduisent 21 des facteurs Do de l'ordre de lo7 cm2 s-I 121, ce qui correspond a I'entro- pie de diffusion AS, = 21 k . Cette valeur considtrable
entre difficilement dans le cadre de la theorie du saut de diffusion soudain.
A. Seeger propose [7] deux explications pour cette anomalie. Premitrement, il se pourrait que deux pro- cessus actives thermiquement contribuent 2 la diffu- sion. Dans l'hypothbe o t ~ l'un des mtcanismes est bloqut ti basse temptrature par la transition de phase, le coefficient de diffusion pourrait presenter un facteur de frtquence anormal au voisinage du point de Curie.
I1 y aurait lieu secondement d'apprtcier les effets quantiques, notamment proposCs pour expliquer les anomalies de la diffusion des lacunes assocites 2 des impuretb dans le silicium en dessous de la tempera- ture de Debye. A notre avis, aucune de ces deux hypo- thbses ne s'appliquent dans le cas prtsent. La premikre ne rend pas compte du fait qu'on observe par trainage Blastique dans le domaine ferromagnttique les m6mes paramktres de diffusion que dans le domaine para- magnttique. Aussi l'idCe d'un mkcanisme << haute temperature
))bloqut par la transformation de phase est-elle difficilement dkfendable. D'autre part, les effets quantiques n'interviennent qu'8 basse temptra- ture. Les mesures de diffusion rapporttes ici ont toutes ttC faites au-dessus de 6700K, c'est-&-dire bien au- dessus de la temp6rature de Debye TD (TD = 467 OK pour le fer), dans un domaine ob l'emploi de la statis- tique classique est ltgitime.
2. Un 6tat de transition durant le saut atomique.
- Ayant Cgard au fait que la transition de deuxibme espke ne modifie pas fondamentalement le rtseau cristallin et qu'elle conduit pourtant & la variation de I'entropie de diffusion de 18,5 k, on peut se demander si le facteur entropique n'est pas systtmatiquement sous-estimt dans le modtle du saut de diffusion soudain. Dans ce cas la frtquence vo doit Ctre inftrieure 21 la valeur de la frtquence de Debye et l'hypothbe
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1971210
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d'un saut de diffusion atomique s'effectuant soudaine- dessus la barri6re de potentiel b sont rtunies, Ies oscil- ment en une ptriode de Debye est 8. tcarter. Knauer lations atomiques entre les sites I et 0 persistent du- et Mullen ont par ailleurs [a] suggtrt la m6me conclu- rant un temps z supbrieur B la ptriode de Debye et sion. Leurs mesures du coefficient de diffusion du comparable B la d u d e de vie de ces phonons. Dans fer dans le cuivre par la technique Mossbauer ne corres- ce cas, contrairement B la thtorie du saut soudain, pond pas aux prkdictions du mod6le de diffusion de chaque passage au-dessus du col b ne correspond pas B
Vineyard. un saut de diffusion. Dans cet btat, que nous nomme-
Quel pourrait 6tre alors le modCle d'un saut de rons ktat de transition, il n'est plus possible de loca- diffusion atomique non soudain ? Considkrons un liser la particule diffusante dans le site I, pas plus que atome voisin d'une lacune 0 et oscillant autour d'un dans le site 0.
site - I ; reprtsentons schhmatiquement le potentie1 Partant d'un modCle analogue, Paltenghi [9] a V(q) moyen (*) que voit cet atome dans son mouve- montrt par la mecanique statistique que cet ktat de ment suivant la direction 01 (Fig. 1). I1 est clair que transition pouvait Ctre assimilt 9, un ttat thermodyna- mique d'e'quilibrepartiel. La densitt p(q) de probabilitk de prCsence de la particule prksente deux maxima rela-
p o t e n t i e ( moyenl Lj.v+ tifs symttriques par rapport B la barriCre de potentiel b
et correspondant aux sites d'tnergie potentielle minimum. Si l'tquilibre statistique des atomes voi-
--- --- b-- -- sins de I'atome diffusant est fortement perturb6 de _ -
I-- mani$re B faciliter le saut de diffusion, la hauteur de q la barri6re b est fortement rkduite par rapport B sa I 0 valeur d'tquilibre total avant le saut. Sur la figure 1,
d e n s i t 6 le potentiel csarrt pf*,, moyen reprtsente l'approxima-
d e tion schtmatique d'un tel ktat. La densitt de probabi-
lit6 p*(q), dans l'htat d'equilibre partiel, est alors une fonction constante. Aucun site (maximum de la
a
densit6 de probabilitt) ne peut 6tre attribut B la parti- I o cule durant le saut de diffusion. La durte de vie FIG. 1. - ReprQentation schkmatique du potentiel moyen (q) moyenne z de I'ttat de transition a ttb tvalute 191 B
et de la densit6 de probabilitk
(q)de l'atome diffusant pendant lo3 pkriodes de Debye dans l ' ~ r 300
OK-Cette durte l'ktat de transition. En pointilles
:I'approximation du potentiel de vie est compatible avec la durte de vie des phonons carrk et de 1'Ctat dClocalisC. de courte Iongueur d'onde dans I'or B cette m6me
tempkrature [lo].
pour des raisons d'tnergie et de phase, seule l'interac- tion de nombreux phonons de trZs courte longueur d'onde (comparable au param6tre cristallin) contri- bue activement au mouvement de diffusion de cet atome. La vitesse de groupe de tels phonons est en gtntral extrsmement faible. Aussi suggtrons-nous que lorsque les conditions d'un passage de l'atome par
(*)
