Skuttérudite - Définition

Galerie : Structure cristalline

Propriétés électriques et magnétiques

Les skuttérudites binaires non dopées, en l’absence de sur-stoechiométrie ou de sous-stœchiométrie en antimoine, sont des semi-conducteurs de type p (conduction par des trous). Leur gap (ou bande interdite) est très faible, de l'ordre de 0.05 eV à 0.2 eV suivant la composition. La propriété la plus remarquable des skuttérudites binaires, qui a été à l’origine de l’intérêt qui leur est porté dans le domaine de la thermoélectricité, est la valeur exceptionnellement élevée de la mobilité des porteurs de charges qui atteint 2000 cm².V^-1.s^-1 dans CoSb₃ et même 1.104 cm².V^-1.s^-1 dans RhSb₃. Cette très grande mobilité des porteurs de charges à pour corollaire une conductivité électrique σ très élevée pour des semi-conducteurs (résistivité inférieure à 1 mΩ.cm). Les skuttérudites binaires possèdent en outre des valeurs de pouvoir thermoélectrique S (ou coefficient Seebeck) élevées, supérieurs à 100 µV.K^-1, en accord avec leur état semi-conducteur. Elles possèdent donc des facteurs de puissance thermoélectrique σS² très élevés. Les skuttérudites binaires sont des composés diamagnétiques (absence de moment magnétique). Il est possible d’effectuer des dopages sur le site du métal de transition par des éléments de la colonne du fer ou du nickel ou sur le site du pnictogène par des éléments de la colonne de l’étain ou du tellure afin de modifier les propriétés électroniques et d’obtenir des composés de type n (conduction par des électrons) comme de type p (conduction par des trous). Par exemple dans le cas de CoSb₃, il est possible d’obtenir un dopage de type p en substituant Co par Fe. Le dopage de type n peut être obtenu par substitution de Co par Ni, Pd ou Pt ou de Sb par Te ou Se. Le dopage tend à diminuer à la fois la résistivité électrique et le coefficient Seebeck.

Propriétés thermiques

Les composés de la famille des skuttérudites binaires possèdent des conductivités thermiques relativement faibles. Ceci est dû au grand nombre d’atomes dans la maille élémentaire ainsi qu’au fait que celle-ci soit constituée en grande partie d’atomes lourds, notamment pour les skutterudites à base d’antimoine. Elle est de l'ordre de 100 mW.cm^-1.K^-1, soit environ 40 fois inférieure à celle du cuivre. La plus grande part de cette conductivité thermique est due aux vibrations du réseau cristallin (phonons), pour environ 90%, et pour 10% environ aux porteurs de charge (électrons et trous). Elle est très nettement réduite dans les solutions solides comme par exemple Ir_0.5Rh_0.5Sb₃.

Synonymie

• arsenkobaltkies
• modumite (Nicol 1849)