Différence entre les cristaux uniaxiaux et biaxiaux

le différence clé entre les cristaux uniaxiaux et biaxiaux est que les cristaux uniaxiaux ont un seul axe optique alors que les cristaux biaxiaux ont deux axes optiques.

L'axe optique d'un cristal est la direction dans laquelle la lumière se propage à travers le cristal sans faire face à la double réfraction. Toutes les ondes lumineuses parallèles à cet axe ne subissent pas de double réfraction. En d’autres termes, le faisceau lumineux passe dans cette direction avec une vitesse qui ne dépend pas de la polarisation.

CONTENU

1. Vue d'ensemble et différence clé
2. Que sont les cristaux uniaxiaux?
3. Que sont les cristaux biaxiaux?
4. Comparaison côte à côte - Cristaux uniaxiaux et biaxiaux sous forme tabulaire
5. Résumé

Que sont les cristaux uniaxiaux??

Un cristal uniaxial est un élément optique ayant un seul axe optique. En d'autres termes, un cristal uniaxial a un axe de cristal différent des deux autres axes cristallographiques. Ex: n_une= n_b≠ n_c. Cet axe unique est connu comme un axe extraordinaire. Lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal uniaxial, ce faisceau se divise en deux fractions telles que le rayon ordinaire et le rayon extraordinaire. Le rayon ordinaire (o-ray) traverse le cristal sans aucune déviation. Le rayon extraordinaire (e-ray) dévie à l'interface air-cristal.

Il existe deux formes de cristaux uniaxiaux appelés cristaux uniaxiaux négatifs et cristaux uniaxiaux positifs. Si l'indice de réfraction des rayons o (n_o) est plus grande que celle du rayon électronique (ne), alors il s’agit d’un cristal uniaxial négatif. Mais si l'indice de réfraction de l'e-ray (n_e) est inférieur à celui du rayon électronique, il s’agit d’un cristal uniaxial positif (l’indice de réfraction est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et sa vitesse dans le cristal). Des exemples de cristaux uniaxiaux négatifs comprennent la calcite (CaCO₃), rubis (Al₂O₃), etc. Des exemples de cristaux uniaxiaux positifs comprennent le quartz (SiO₂), la sellaite (MgF₂), rutile (TiO₂), etc.

Que sont les cristaux biaxiaux??

Un cristal biaxial est un élément optique qui a deux axes optiques. Lorsqu'un faisceau de lumière traverse un cristal biaxial, le faisceau de lumière se scinde en deux fractions, ces deux fractions étant des ondes extraordinaires (deux rayons e). Ces ondes ont des directions différentes et des vitesses différentes. Les structures cristallines telles que orthorhombique, monoclinique ou triclinique sont des systèmes cristallins biaxiaux.

Les indices de réfraction pour un cristal biaxial sont les suivants:

1. Le plus petit indice de réfraction est α (la direction correspondante est X)
2. L'indice de réfraction intermédiaire est β (la direction correspondante est Y)
3. Le plus grand indice de réfraction est γ (la direction correspondante est Z)

Figure 01: L’indicatrice d’un cristal biaxial. (L’indicatrice est une surface ellipsoïdale imaginaire dont les axes représentent les indices de réfraction d’un cristal de lumière suivant différentes directions concernant les axes du cristal)

Cependant, ces directions optiques et indices de réfraction sont différents des axes cristallographiques sur la nature du système cristallin.

• Système cristallin orthorhombique - les directions optiques correspondent aux axes cristallographiques. Ex: les directions X, Y ou Z (indices de réfraction α, β et γ) peuvent être parallèles à l’un quelconque des axes cristallographiques (a, b ou c).
• Système cristallin monoclinique - une des directions X, Y et Z (indices de réfraction α, β et γ) est parallèle à l’axe cristallographique b, alors que les deux autres directions ne sont parallèles à aucune direction cristallographique..
• Système cristallin triclinique - Aucune des directions optiques ne coïncide avec les axes cristallographiques.

Il existe deux types de cristaux biaxiaux tels que le cristal biaxial négatif et le cristal biaxial positif. Les cristaux biaxiaux négatifs ont leur β plus proche de γ que de α. Les cristaux biaxiaux positifs ont leur β plus proche de α que de γ.

Quelle est la différence entre les cristaux uniaxial et biaxial?

Cristaux uniaxiaux vs biaxiaux
Un cristal uniaxial est un élément optique ayant un seul axe optique.	Un cristal biaxial est un élément optique à deux axes optiques.
Forme négative
Un cristal uniaxial négatif a l’indice de réfraction de rayons o (no) plus grande que celle du rayon électronique (ne).	Un cristal biaxial négatif a son β plus proche de γ que de α.
Fractionnement du faisceau lumineux
Lorsqu'un faisceau de lumière traverse un cristal uniaxial, il se divise en deux rayons appelés rayon ordinaire (o-ray) et le rayon extraordinaire (E-ray)..	Lorsqu'un faisceau lumineux traverse un cristal biaxial, le faisceau lumineux se divise en deux rayons, qui sont tous deux des rayons extraordinaires (rayons électroniques)..
Forme positive
Un cristal uniaxial positif a l’indice de réfraction d’un rayon e (ne) est plus petit que celui du rayon électronique (ne).	Un cristal biaxial positif a son β plus proche de α que de γ.
Exemples
Quartz, calcite, rutile, etc..	Tous les systèmes cristallins monocliniques, tricliniques et orthorhombiques

Résumé - Cristaux uniaxiaux vs biaxiaux

Les cristaux sont des substances dont les atomes sont disposés de manière bien ordonnée. De plus, ces deux cristaux sont de deux types: cristaux uniaxiaux et cristaux biaxiaux, en fonction du nombre d'axes optiques présents dans la structure cristalline. La différence entre les cristaux uniaxiaux et biaxiaux est que les cristaux uniaxiaux ont un seul axe optique alors que les cristaux biaxiaux ont deux axes optiques.

Référence:

1. «Axe optique d'un cristal». Wikipedia, Wikimedia Foundation, 22 avril 2018. Disponible ici 
2. «Cristal uniaxial». Wikipedia, Wikimedia Foundation, 10 avril 2018.. Disponible ici

Courtoisie d'image:

1. 'Indicatrice bxxiale' de Strickja - Travail personnel, (CC0) via Wikimedia Commons