Birefringence study of the irreversible behavior of the incommensurate phase of quartz: effects of chemical impurities

A systematic study of the variations of the irreversible properties of the incommensurate phase of quartz has been performed by birefringence measurements in 9 samples (either synthetic or natural) of various compositions determined by chemical analysis and infrared spectroscopy. The shift of the α-β transition temperature for large impurity concentrations has been verified. The properties of the incommensurate phase are very sensitive to small changes of impurity contents : a global hysteresis going from 10 to 220 mK has been correlated to the OH infrared absorption. Time dependent pinning steps and memory effects have been observed showing the importance of mobile impurities. Finally a regime of discontinuous variation of physical properties appears for slow rate of temperature variations. These results have been discussed in relation to various theoretical models and in particular to the theory of the Defect Density Wave, induced by the diffusion of mobile impurities.Une étude systématique des propriétés irréversibles de la phase incommensurable du quartz a été faite par des mesures de biréfringence sur 9 échantillons (synthétiques ou naturels) de différentes compositions, déterminées par analyse chimique et spectroscopie infrarouge. Les décalages de la température de la transition α-β, produits par des concentrations importantes d'impuretés ont été mesurés. Les propriétés de la phase incommensurable sont très sensibles à la présence de faibles taux d'impuretés: des hystérésis globales variant de 10 à 220 mK, ont été mesurées et une corrélation avec l'absorption infrarouge due aux liaisons OH a été trouvée. Des effets dépendant du temps tels que des marches d'accrochages et des effets mémoires ont été observés, montrant l'importance des défauts mobiles. Enfin, un régime de variations discontinues des propriétés physiques apparaît pour les petites vitesses de variation de la température. Les résultats de ces expériences ont été comparés à diverses prédictions théoriques, telles que celles de la théorie des Ondes de Densité des Défauts dues à la diffusion des impuretés mobiles