Üres állás (fizika)

Üres ( lat. vacans - üres, szabad) - kristályhiba , amely olyan csomópont, amelyben nincs atom ( ion ). Vagyis az üresedés egy olyan hely, ahol ideális kristály esetén egy atomnak (ionnak) el kell helyezkednie, de a valóságban nincs ebben a helyzetben [1] [2] .

Munkatípusok

A hiányzó ion töltésétől függően kationos és anionos üresedésekről beszélünk. Ha egy ideális kristályban egy üresedés helyén pozitív ion található, akkor azt kationosnak, ha negatív - anionosnak nevezzük.

Az üresedéseket tartalmazó ionkristályokban az elektromos semlegességet az biztosítja, hogy a hibák párosan alakulnak ki. Az ilyen párok kialakításának egyik lehetséges változatában az azonos előjelű töltésürességgel együtt ellentétes előjelű töltésüresedés keletkezik. Az ilyen megüresedett állások Schottky-hibának minősülnek . Walter Schottky német fizikus (1935) volt az első, aki bevezette a tudományba az ilyen típusú hibák fogalmát .

Egy másik lehetőség, hogy az üresedéssel együtt intersticiális ion képződik. Ebben az esetben üresedés keletkezik, ha egy ion egy helyről egy intersticiális helyre kerül, azaz olyan helyzetbe, amelyet az ionok nem foglalnak el egy ideális rácsban. Az ilyen típusú hibákat Frenkel -hibáknak nevezzük . Róluk először Jakov Frenkel (1926) szovjet fizikus munkáiban fogalmaztak meg üzenetet.

Amikor Schottky szerint üresedési hibák képződnek, a kristály térfogata megnő, aminek következtében a sűrűsége csökken, és a Frenkel szerinti hibák kialakulása nem okoz ilyen hatást.

Tulajdonságok

Általában mindkét típusú hiba megtalálható a kristályokban, azonban azok a dominánsak, amelyek kialakulásához kevesebb energia szükséges. Tanulmányok kimutatták, hogy a Schottky-hibák a tiszta alkáli-halogenid kristályokra, a Frenkel-hibák pedig a tiszta ezüst - halogenid kristályokra jellemzőek .

Üres helyek mindig jelen vannak egy olyan kristályban, amely termikus egyensúlyi állapotban van. A kristály hőmérsékletének megfelelő Schottky-defektusok száma a [3] képlettel becsülhető meg . $n$ $T$

n\approx N\exp(-\Delta E_{S}/kT),

ahol az ionok száma, az az energia, amely egy ion eltávolításához szükséges egy rácshelyről, a Boltzmann-állandó . E~1 eV és T~1000 K mellett az n/N~10 -5 [2] képletből következik . $N$ $\Delta E_{S}$ $k$

A Frenkel-hibapárok számának becslésére egy másik képletet használnak [3] :

n\approx {\sqrt {NN^{\prime }}}\exp(-\Delta E_{F}/2kT),

ahol és a helyek és intersticiális pozíciók koncentrációja, és az az energia, amely egy atomnak a rácshelyről egy intersticiális helyre történő mozgatásához szükséges. $N$ ${\displaystyle N^{\prime ))$ $\Delta E_{F}$

Egy kristályban az üresedési helyek száma mesterségesen növelhető. Például az alkáli - halogenid kristályok alkálifémgőzökben történő hevítése az alkáli ionok behatolásához vezet a kristályokba és feleslegük kialakulásához, vagyis anionüres helyek megjelenéséhez.

Az üresedés jelentős, sőt döntő befolyást gyakorol a kristályok számos tulajdonságára és a bennük lévő fizikai folyamatokra (sűrűség, ionvezetőképesség, optikai tulajdonságok, belső súrlódás stb.). Így az elektront befogott anionüres helyek képesek olyan színcentrumokat kialakítani , amelyek elnyelik az optikai sugárzást a spektrum látható tartományában, és ezáltal színezik a kristályt.

Lásd még

Jegyzetek

↑ Meyerovich A. E. Üres állás // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M . : Szovjet Encyclopedia , 1988. - T. 1 Aharonov-Bohm hatás - Hosszú sorok. - S. 235. - 704 p. — 100.000 példány.
↑ 1 2 Kittel C. Bevezetés a szilárdtestfizikába. - M. : Nauka, 1978. - 792 p.
↑ 1 2 Pavlov P.V., Khokhlov A.F. Szilárdtestfizika. - M . : Felsőiskola, 2000. - 494 p. — ISBN 5-06-003770-3 .

Irodalom

Glinka N. L. Általános kémia