Intersticiální vada - Interstitial defect - Wikipedia

Vady vsunutých reklam jsou různé krystalografické vady kde atomy předpokládat normálně neobsazený web v Krystalická struktura. V intersticiálních vadách mohou dva nebo více atomů sdílet jedno mřížkové místo, čímž se zvyšuje jeho celková energie.[1] Alternativně v některých malé atomy krystaly mohou zabírat intersticiální místa v energeticky výhodných konfiguracích, jako je vodík v palladium Intersticiály lze vyrábět bombardováním krystalů elementární částice energie nad práh posunutí pro tento krystal, ale mohou také existovat v malých koncentracích v termodynamická rovnováha.

Vlastní vsunuté reklamy

Self-intersticiální defekty jsou intersticiální defekty, které obsahují pouze atomy, které jsou stejné jako ty, které jsou již přítomny v mřížce.

Struktura intersticiální v některých běžných kovů. Levá strana každého typu krystalu ukazuje dokonalý krystal a pravá strana má vadu.

Struktura intersticiálních defektů byla u některých experimentálně stanovena kovy a polovodiče.

Na rozdíl od toho, co by se dalo intuitivně očekávat, většina intersticiálů v kovech se známou strukturou má strukturu „split“, ve které dva atomy sdílejí stejné mřížkové místo.[1][2] Typicky těžiště dvou atomů je v místě mřížky a jsou z něj symetricky přemístěny podél jednoho z principálů mřížové směry. Například v několika běžných obličejově centrovaný kubický (fcc) kovy, jako je měď, nikl a platina, základní stavovou strukturou intersticiální je rozdělená [100] intersticiální struktura, kde jsou dva atomy přemístěny v pozitivním a negativním [100] směru od místa mřížky. v centrovaný na tělo (bcc) železo intersticiální struktura základního stavu je podobně [110] rozdělená intersticiální reklama.

Tyto rozdělené intersticiály se často nazývají intersticiály s činkami, protože vykreslení dvou atomů tvořících intersticiál se dvěma velkými koulemi a silnou čárou, která je spojuje, činí strukturu podobnou činka zařízení na zvedání závaží.

U jiných kovů bcc než železa se předpokládá, že struktura základního stavu je založena na nedávných teorie hustoty a funkce výpočty jako intersticiální reklama na dav [111],[3] který lze chápat jako dlouhý řetězec (obvykle 10–20) atomů ve směru [111] mřížky, komprimovaný ve srovnání s dokonalou mřížkou tak, že řetězec obsahuje jeden atom navíc.

Struktura intersticiální činky v křemíku. Povšimněte si, že struktura intersticiálu v křemíku může záviset na stavu nabití a dopingové úrovni materiálu.

V polovodičích je situace složitější, protože mohou být vady účtováno a různé stavy nabití mohou mít různé struktury. Například v křemíku může mít vsunutá reklama buď split [110] strukturu, nebo a čtyřboká skutečně intersticiální.[4]

Uhlík, zejména v grafitu a diamantu, má řadu zajímavých samo-vsunutých stránek - nedávno objevených pomocí Aproximace místní hustoty -calculations je „spiro-interestitial“ v grafitu, pojmenovaný po spiropentan, protože intersticiální atom uhlíku se nachází mezi dvěma bazálními rovinami a je spojen v geometrii podobné spiropentanu.[5]

Intersticiály nečistot

Intersticiální atomy malé nečistoty jsou obvykle na skutečných místech mimo mřížku mezi atomy mřížky. Taková místa lze charakterizovat pomocí symetrie polohy vsunutého atomu vzhledem k jeho nejbližším atomům v mřížce. Například atom nečistoty I se 4 nejbližšími atomy mřížky A sousedé (ve stejných vzdálenostech) v mřížce fcc jsou v poloze čtyřboké symetrie, a lze jej tedy nazývat čtyřboký intersticiál.

Velké nečistoty intersticiální reklamy mohou být také v rozdělených intersticiálních konfiguracích společně s atomem mřížky, podobně jako u intersticiálních atomů.

Osmistěn (červená) a čtyřboká (modrá) intersticiální symetrie mnohostěn v a obličejově centrovaný kubický mříž. Skutečný intersticiální atom by v ideálním případě byl uprostřed jednoho z mnohostěnů.

Účinky vsunutých reklam

Vsunuté reklamy upravují fyzikální a chemické vlastnosti materiálů.

  • Intersticiální atomy uhlíku mají zásadní význam zejména pro vlastnosti a zpracování ocelí uhlíkové oceli.
  • Intersticiální reklamy na nečistoty lze použít např. pro skladování vodíku v kovech.
  • Krystalová mřížka se může rozpínat s koncentrací vsunutých nečistot
  • Amorfizace polovodičů, jako je křemík, během iontového ozařování se často vysvětluje nahromaděním vysoké koncentrace intersticiálních látek, což nakonec vede ke zhroucení mřížky, která se stává nestabilní.[6][7]
  • Vytváření velkého množství vsunutých látek v pevné látce může vést k významnému nárůstu energie, který po uvolnění může dokonce vést k vážným nehodám v některých starých typech jaderných reaktorů (Wignerův efekt ). Vysokoenergetické stavy lze uvolnit pomocí žíhání.
  • Alespoň v mřížce fcc mají intersticiální reklamy velký diaelastický změkčující účinek na materiál.[8]
  • Bylo navrženo, že intersticiální reklamy souvisí s nástupem tání a skleněný přechod.[9][10][11]

Reference

  1. ^ A b Ehrhart, P. (1991) Vlastnosti a interakce atomových defektů v kovech a slitinách, H. Ullmaier (ed.), Landolt-Börnstein, Nová řada III obj. 25 k. 2, s. 88 a násl. Springer, Berlín.
  2. ^ Schilling, W. (1978). "Self-intersticiální atomy v kovech". Journal of Nuclear Materials. 69–70: 465. Bibcode:1978JNuM ... 69..465S. doi:10.1016/0022-3115(78)90261-1.
  3. ^ Derlet, P. M .; D. Nguyen-Manh; S. L. Dudarev (2007). „Víceúrovňové modelování defektů davu a neobsazenosti přechodových kovů zaměřených na tělo“. Phys. Rev. B. 76 (5): 054107. Bibcode:2007PhRvB..76e4107D. doi:10.1103 / physrevb.76.054107.
  4. ^ Watkins, G. D. (1991) „Nativní defekty a jejich interakce s nečistotami v křemíku“, s. 139 palců Vady a difúze ve zpracování křemíku, T. Diaz de la Rubia, S. Coffa, P. A. Stolk a C. S. Rafferty (eds.), MRS Symposium Proceedings sv. 469. Společnost pro výzkum materiálů, Pittsburg.
  5. ^ Heggie, M .; Eggen, B.R .; Ewels, C.P .; et al. (1998). Msgstr "Výpočty LDF bodových vad grafitů a fullerenů". Electrochem Soc Proc. 98 (?): 60.
  6. ^ Seidman, D. N .; Averback, R. S .; Okamoto, P. R .; Baily, A. C. (1987). „Procesy amorfizace v elektronem a / nebo ionty ozářeném křemíkem“ (PDF). Phys. Rev. Lett. 58 (9): 900–903. Bibcode:1987PhRvL..58..900S. doi:10.1103 / PhysRevLett.58.900. PMID  10035067.
  7. ^ Cerofilini, G. F .; Meda, L .; Volpones, C. (1988). "Model pro uvolnění poškození v iontově implantovaném křemíku". J. Appl. Phys. 63 (10): 4911. Bibcode:1988JAP .... 63.4911C. doi:10.1063/1.340432.
  8. ^ Rehn, L. E.; Holder, J .; Granato, A. V .; Coltman, R. R .; Young, J. F. W. (1974). "Účinky ozařování tepelnými neutrony na elastické konstanty mědi". Phys. Rev. B. 10 (2): 349. Bibcode:1974PhRvB..10..349R. doi:10.1103 / PhysRevB.10.349.
  9. ^ Granato, A. V. (1992). „Intersticiální model pro státy kondenzované hmoty kubických kovů zaměřených na tvář“. Phys. Rev. Lett. 68 (7): 974–977. Bibcode:1992PhRvL..68..974G. doi:10.1103 / PhysRevLett.68.974. PMID  10046046.
  10. ^ Forsblom, M .; Grimvall, G. (2005). „Homogenní tání přehřátých krystalů: simulace molekulární dynamiky“. Phys. Rev. B. 72 (5): 054107. Bibcode:2005PhRvB..72e4107F. doi:10.1103 / PhysRevB.72.054107.
  11. ^ Nordlund, K .; Ashkenazy, Y .; Averback, R. S .; Granato, A. V. (2005). „Řetězce a vsunuté reklamy v kapalinách, brýlích a krystalech“ (PDF). Europhys. Lett. 71 (4): 625. Bibcode:2005EL ..... 71..625N. doi:10.1209 / epl / i2005-10132-1.