J. Phys. France 47, 2041-2053 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:0198600470120204100

Electron microscopy study of the modulated phases in berlinite AlPO4 and quartz

E. Snoeck¹, C. Roucau¹ et P. Saint-Grégoire<sup>2

1</sup>  Laboratoire d'Optique Electronique du CNRS, 29, rue J. Marvig, 31055 Toulouse, France
²  G.D.P.C. (LA CNRS n° 233). U.S.T.L., 34060 Montpellier, France

Abstract
The sequence of β → incommensurate (I) → α phases taking place in AlPO4 and SiO2 is studied by means of electron microscopy. The features of the modulated phase are in agreement with previous neutron determination of incommensurability, and as predicted by theory, the modulation wave vector is slightly rotated from the OY directions ; the thermal variation of this angle is given, and this data allows an approximate estimation of the change of discommensuration width that confirms the scheme of a gradual change from a sinusoidal modulation, close to Ti, to a domain-like structure when (Ti - T) increases (this is also confirmed by electron diffraction data showing appearance of higher order satellites). The incommensurate phase is marked by the presence of intrinsic defects corresponding to local imperfections of the superperiod, which are involved in the k-variation. In impure AlPO4 samples, a pinning of intrinsic defects by imperfections of the crystal lattice occurs. This explains the birefringence behaviour suggesting a discontinuous variation of k. The (lock-in) transition to the α phase involves an intermediate state characterized by elongated triangular microdomains, and proceeds by nucleation ; a model implying some particular defects is proposed. Dynamical (and relaxation) phenomena are also reported and qualitatively interpreted. Finally, we give a possible interpretation of memory effect and of relaxation phenomena based on intrinsic defects which differs from that of Jamet and Lederer.

Résumé
La séquence des transitions de phase β → phase incommensurable → α de AlPO4 et de SiO2 est étudiée en microscopie électronique. Les caractéristiques de la phase modulée sont en accord avec les résultats déjà obtenus en diffraction des neutrons. Comme prévu par la théorie, une désorientation du vecteur d'onde vis-à-vis des directions OY a été observée. Nous présentons la variation en température de cet angle et celle-ci nous permet d'étudier la variation de la largeur des discommensurations. Cela semble confirmer l'hypothèse d'un changement continu de la modulation d'un régime sinusoidal proche de Ti vers une structure en domaine lorsque la température décroît (ce changement de régime est aussi confirmé par nos études en diffraction électronique qui montrent l'apparition de taches satellites d'ordre supérieur pour ces températures). Des défauts intrinsèques de la phase incommensurable ont été mis en évidence. Ceux-ci correspondent à des imperfections locales de la période de la modulation nécessaires pour faire varier le vecteur d'onde. Dans des échantillons impurs d'AlPO4, un piégeage de ces défauts intrinsèques par des défauts propres au cristal a été observé. Ceci explique les études menées en biréfringence sur ce type d'échantillon, suggérant une variation discontinue du vecteur d'onde k. La transition de blocage vers la phase α entraîne l'apparition d'un état intermédiaire, constitué de microdomaines en forme de triangles allongés. Un modèle utilisant des défauts particuliers de la phase modulée est proposé pour expliquer la nucléation de cette phase intermédiaire. Nos travaux sur la dynamique (et sur la relaxation) de la transition de phase α/phase incom/β sont aussi présentés et étudiés qualitativement. Dans un dernier temps, nous donnons une interprétation possible de l'effet mémoire et du phénomène de relaxation (basé sur la présence de défauts intrinsèques), qui diffère de celle de Jamet et Lederer.

PACS
6470K - Solid-solid transitions.

Key words
aluminium compounds -- birefringence -- commensurate incommensurate transformations -- dislocations -- domains -- electron diffraction examination of materials -- electron microscope examination of materials -- nucleation -- quartz