Qu'est-ce qu'une structure cristalline?
De nombreux solides et certains liquides cristallins ont un arrangement d'atomes tridimensionnel régulier, répété, connu sous le nom de structure cristalline ou réseau cristallin. En revanche, un solide amorphe est un type de matériau solide, tel que le verre, dépourvu d'une telle structure répétitive à longue portée. Un grand nombre des propriétés physiques, optiques et électriques des solides ou liquides cristallins sont étroitement liées à la structure cristalline. Les unités répétitives d'une structure cristalline, constituées de petites boîtes ou d'autres formes tridimensionnelles, sont appelées "cellules". Beaucoup de ces cellules sont regroupées dans une structure répétitive et ordonnée pour constituer la structure globale.
La structure cristalline d'un matériau cristallin donné peut affecter de nombreuses propriétés globales de ce matériau. C'est l'un des principaux facteurs définissant les propriétés optiques du matériau, par exemple. La structure cristalline affecte également de manière significative la réactivité du matériau cristallin, car elle détermine la disposition des atomes réactifs sur les arêtes et les faces extérieures du solide ou du liquide cristallin. D'autres caractéristiques matérielles importantes, notamment les propriétés électriques et magnétiques de certains matériaux, sont également largement déterminées par la structure cristalline.
Minéralogistes, cristallographes, chimistes et physiciens étudient souvent des matériaux cristallins en laboratoire. Certains aspects simples de la structure cristalline peuvent être déterminés par de simples mesures géométriques, mais diverses méthodes basées sur la diffraction des rayons X, des neutrons, des électrons ou d’autres particules permettent des déterminations beaucoup plus faciles et plus précises de la structure. Certains chercheurs ne s'intéressent qu'à la détermination de la structure d'un matériau cristallin donné, tandis que d'autres sont plus intéressés à déterminer comment cette structure se connecte aux autres propriétés du matériau. D'autres chercheurs sont également intéressés à trouver des applications utiles pour divers matériaux en fonction de leurs structures. Certains tentent même de synthétiser de nouveaux solides et liquides cristallins en fonction des propriétés attendues de leurs structures souhaitées.
Il convient de noter que, bien que les matériaux cristallins théoriques soient composés d’une série parfaite et cohérente d’unités répétées, les vrais cristaux ont tendance à présenter des défauts. Ces défauts sont, dans la plupart des cas, simplement des irrégularités dans la structure cristalline par ailleurs régulière. Dans certains cas, cela se produit lorsqu'un atome occupe dans une structure cristalline donnée une place différente de celle qu'il aurait normalement. Les différentes propriétés de cet atome peuvent avoir des conséquences importantes sur la manière dont les unités structurelles du cristal se disposent autour de lui. De même, les défauts ou les irrégularités des cristaux réels peuvent avoir des conséquences importantes sur les propriétés globales du matériau cristallin.