Дефекти в кристалах
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Дефекти в кристалах

Дефекти в кристалах (від латів.(латинський) defectus — недолік, вада), порушення періодичності кристалічної структури в реальних монокристалах. У структурах кристалів, що ідеалізуються, атоми займають строго певні положення, утворюючи правильні тривимірні грати (кристалічні решітки). У реальних кристалах (природних і штучно вирощених) спостерігаються зазвичай різні відступи від правильного розташування атомів або іонів (або їх груп). Такі порушення можуть бути або атомарного масштабу, або макроскопічних розмірів, помітні навіть неозброєним оком (див. Дефекти металів ). Окрім статичних дефектів, існують відхилення від ідеальних грат іншого роду, пов'язані з тепловими коливаннями часток, складових грати (динамічні дефекти, див.(дивися) Коливання кристалічної решітки ).

загрузка...

  Д. у до. утворюються в процесі їх зростання (див. Кристалізація ), під впливом теплових, механічних і електричних дій, а також при опроміненні нейтронами, електронами, рентгенівськими променями, ультрафіолетовим випромінюванням (радіаційні дефекти) і т.п.

  Розрізняють точкові дефекти (нульмірні) лінійні (одновимірні), дефекти, створюючі в кристалі поверхні (двовимірні), і об'ємні дефекти (тривимірні). В одновимірного дефекту в одному напрямі розмір значно більше, чим відстань між сусідніми однойменними атомами (параметр грат), а в двох інших напрямах — того ж порядку. В двовимірного дефекту в двох напрямах розміри більші, ніж відстань між найближчими атомами, і т.д.

  Точкові дефекти. Частина атомів або іонів може бути відсутнім на місцях, відповідних ідеальній схемі грат. Такі дефектні місця називаються вакансіями . У кристалах можуть бути присутніми чужорідні (домішкові) атоми або іони, заміщаючи основні частки, створюючі кристал, або упроваджуючись між ними. Точковими Д. у до. є також власні атоми або іони, що змістилися з нормальних положень (межузельниє атоми і іони), а також центри забарвлення — комбінації вакансій з електронами провідності ( F -центри), з домішковими атомами і електронами провідності ( Z -центри) або з дірками ( V -центри). Центри забарвлення можуть бути викликані опроміненням кристалів.

  В іонних кристалах, утворених частками двох сортів (позитивними і негативними), точкові дефекти виникають парами. Дві вакансії протилежного знаку утворюють дефект по Шотки. Пара, що складається з межузельного іона і залишеної ним вакансії, називається дефектом по Френкелю.

  Атоми в кристалах розташовуються на рівній відстані один від одного рядами, витягнутими уздовж певних кристалографічних напрямів. Якщо один атом зміститься зі свого положення під ударом частки, що налетіла, викликаної опроміненням, він може, у свою чергу, змістити сусідній атом і т.д. Таким чином зміщеним виявиться цілий ряд атомів, причому на якомусь відрізку ряду атомів один атом виявиться зайвим. Таке порушення в розташуванні атомів або іонів уздовж певних напрямів з появою зайвого атома або іона на окремій ділянці ряду називається краудіоном. Опромінення виводить з положення рівноваги атоми або іони і в ін. напрямах, причому рух передається по естафеті усе більш далеко віддаленим атомам. У міру видалення від місця зіткнення частки, що налетіла, з атомом кристала передача імпульсу виявляється локалізованою (сфокусованою) уподовж найбільш щільно упакованих напрямів. Така естафетна передача імпульсу частки, що налетіла, іонам або атомам кристала з постійним фокусуванням імпульсу уподовж щільно упакованих атомних рядів називається фокусоном.

  Лінійні дефекти. У реальних кристалах деяка атомна плоскість може обриватися. Краї такої обірваної (зайвих) плоскості утворюють краєві дислокації. Існують також гвинтові дислокації, пов'язані із закручуванням атомної плоскості у вигляді гвинтових сходів, а також складніші типи дислокацій. Інколи лінійні Д. у до. утворюються із скупчення точкових дефектів, розташованих ланцюжками (див. Дислокації ).

  Двовимірні дефекти. Такими Д. у до. є кордони між ділянками кристала, поверненими на різні (малі) кути по відношенню один до одного; кордони двійників (див. Двійникування ), дефекти упаковки (одноатомні двійникові шари), кордони електричних і магнітних доменів, антифазні кордони в сплавах, кордони включень іншої фази (наприклад, мартенситною), кордони зерен ( кристалітів ) в агрегатах кристалів. Багато хто з поверхневих дефектів є рядами і сітками дислокацій, а сукупність таких сіток утворює в полікрісталлах кордони зерен; на цих кордонах збираються домішкові атоми і чужорідні частки.

  Об'ємні дефекти. До них відносяться скупчення вакансій, створюючі пори і канали; частки, що осідають на різних дефектах (що декорують), наприклад бульбашки газів, бульбашки маткового розчину; скупчення домішок у вигляді секторів (пісочного годинника) і зон зростання.

  В кристалах дефекти викликають пружні спотворення структури, що обумовлюють, у свою чергу, появу внутрішньої механічної напруги (див. Напруга механічна). Наприклад, точкові дефекти, взаємодіючи з дислокаціями, зміцнюють або разупрочняют кристали. Д. у до. впливають на спектри поглинання, спектри люмінесценції, розсіяння світла в кристалі і т.д., змінюють електропровідність, теплопровідність, сегнетоелектрічеськие властивості (див. Сегнетоелектріки ), магнітні властивості і т.п. Рухливість дислокацій визначає пластичність кристалів, скупчення дислокацій викликають поява внутрішньої напруги і руйнування кристалів. Дислокації є місцями скупчення домішок. Дислокації перешкоджають процесам намагнічення і електричної поляризації завдяки взаємодії з кордонами доменів. Об'ємні дефекти знижують пластичність, впливають на міцність, на електричні, оптичні і магнітні властивості кристала так само, як і дислокації.

  Літ.: Бюрен Х. Р. ван, Дефекти, в кристалах пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1962; Халл Д., Введення в дислокації, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Вакансії і інші точкові дефекти в металах і сплавах, М., 1961; Деякі питання фізики пластичності кристалів, М., 1960; Гегузін Я. Е., Макроскопічні дефекти в металах, М., 1962; Методи і прилади для контролю якості кристалів рубіна, М., 1968; Шаськольськая М. П., фізична кристалографія, М., 1972 [у пресі].

  М. Ст Классен-Неклюдова, А. А. Урусовськая.