Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Межузельные атомы (синий) занимают некоторые пространства в решетке из более крупных атомов (красный)

Интерстициальный дефект представляет собой тип точки кристаллографической дефекта , где атом одного и того же или другого типа, как правило , занимает незанятый участок в кристаллической структуре . Когда атом принадлежит к тому же типу, что и уже присутствующие, это называется внутренним дефектом . В качестве альтернативы небольшие атомы в некоторых кристаллах могут занимать промежуточные позиции, такие как водород в палладии . Промежуточные звенья могут быть получены путем бомбардировки кристалла элементарными частицами, имеющими энергию выше порога смещения для этого кристалла, но они также могут существовать в небольших концентрациях втермодинамическое равновесие . Наличие межузельных дефектов может изменить физические и химические свойства материала.

Самостоятельные межстраничные объявления [ править ]

Само-межузельные дефекты - это межузельные дефекты, которые содержат только те атомы, которые уже присутствуют в решетке.

Структура собственного внедрения в некоторых распространенных металлах. В левой части каждого типа кристалла показан идеальный кристалл, а в правой части - кристалл с дефектом.

Структура межузельных дефектов определена экспериментально в некоторых металлах и полупроводниках .

Вопреки тому, что можно было бы интуитивно ожидать, большинство межузельных атомов в металлах с известной структурой имеют «расщепленную» структуру, в которой два атома имеют один и тот же узел решетки. [1] [2] Обычно центр масс двух атомов находится в узле решетки, и они симметрично смещены от него по одному из основных направлений решетки . Например, в нескольких распространенных металлах с гранецентрированной кубической (ГЦК) структурой, таких как медь, никель и платина, структура основного состояния межузельного атома представляет собой расщепленную [100] межузельную структуру, в которой два атома смещены в положительном и отрицательном направлении. [100] направление от узла решетки. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) межузельная структура железа в основном состоянии также представляет собой расщепленную межузельную структуру [110].

Эти разделенные промежутки часто называют промежутками гантелей, потому что нанесение двух атомов, образующих промежуток, с двумя большими сферами и толстой линией, соединяющей их, делает структуру похожей на подъемное устройство с гантелями .

В других ОЦК-металлах, помимо железа, структура основного состояния считается на основе недавних расчетов теории функционала плотности как межузельное [111] краудионное межузельное пространство [3], которое можно понимать как длинную цепочку (обычно около 10–20) атомов. вдоль направления решетки [111], сжатая по сравнению с идеальной решеткой, так что цепочка содержит один дополнительный атом.

Структура межузельного гантеля в кремнии. Обратите внимание, что структура внедрения в кремнии может зависеть от зарядового состояния и уровня легирования материала.

В полупроводниках ситуация более сложная, поскольку дефекты могут быть заряженными, а разные зарядовые состояния могут иметь разную структуру. Например, в кремнии межузельное пространство может иметь либо расщепленную [110] структуру, либо тетраэдрическую истинно межузельную структуру. [4]

Углерод, особенно в графите и алмазе, имеет ряд интересных межузельных атомов - недавно обнаруженные с использованием приближения локальной плотности - расчеты являются «спиро-интересицией» в графите, названной в честь спиропентана , поскольку межузельный атом углерода расположен между двумя базальными атомами. плоскости и скреплены по геометрии, подобной спиропентану. [5]

Промежуточные объявления примесей [ править ]

Мелкие примесные межузельные атомы обычно находятся на истинных внерешеточных узлах между атомами решетки. Такие узлы могут характеризоваться симметрией положения междоузельного атома относительно ближайших к нему атомов решетки. Например, примесный атом I с 4 ближайшими атомами решетки A (на равных расстояниях) в ГЦК-решетке находится в положении тетраэдрической симметрии и, таким образом, может быть назван тетраэдрическим межузельным.

Крупные межузельные примеси также могут находиться в расщепленных межузельных конфигурациях вместе с атомом решетки, аналогично таковым у собственного межузельного атома.

Октаэдрические (красный) и тетраэдрический (синий) многогранники межузельной симметрии в гранецентрированной кубической решетке. Фактический межузельный атом в идеале должен находиться в середине одного из многогранников.

Влияние межстраничных объявлений [ править ]

Межстраничные вставки изменяют физические и химические свойства материалов.

  • Межузельные атомы углерода играют решающую роль в свойствах и обработке сталей, в частности углеродистых сталей .
  • Примесные межузельные частицы можно использовать, например, для хранения водорода в металлах.
  • Кристаллическая решетка может расширяться с увеличением концентрации примесных междоузлий.
  • Аморфизация полупроводников, таких как кремний, во время ионного облучения часто объясняется накоплением высокой концентрации междоузлий, что в конечном итоге приводит к коллапсу решетки, поскольку она становится нестабильной. [6] [7]
  • Создание большого количества промежуточных частиц в твердом теле может привести к значительному накоплению энергии, что при выбросе может даже привести к серьезным авариям в некоторых старых типах ядерных реакторов ( эффект Вигнера ). Высокоэнергетические состояния могут быть освобождены отжигом .
  • По крайней мере, в решетке с ГЦК межузельные частицы оказывают большое диаупругое смягчающее действие на материал. [8]
  • Было высказано предположение, что межузельные частицы связаны с началом плавления и стеклования . [9] [10] [11]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эрхарт, П. (1991) Свойства и взаимодействия атомных дефектов в металлах и сплавах , Х. Ульмайер (редактор), Ландольт-Бёрнштейн , Новая серия III, том. 25 ч. 2. С. 88 и сл. Спрингер, Берлин.
  2. ^ Шиллинг, W. (1978). «Само-межузельные атомы в металлах». Журнал ядерных материалов . 69–70: 465. Bibcode : 1978JNuM ... 69..465S . DOI : 10.1016 / 0022-3115 (78) 90261-1 .
  3. ^ Дерлет, PM; Д. Нгуен-Ман; С.Л. Дударев (2007). «Многомасштабное моделирование краудионных и вакансионных дефектов в объемно-центрированных кубических переходных металлах» . Phys. Rev. B . 76 (5): 054107. Bibcode : 2007PhRvB..76e4107D . DOI : 10.1103 / Physrevb.76.054107 .
  4. ^ Уоткинс, GD (1991) "Собственные дефекты и их взаимодействие с примесями в кремнии", стр. 139 в книге «Дефекты и диффузия при обработке кремния» , Т. Диас де ла Рубиа, С. Коффа, П. А. Столк и К. С. Рафферти (ред.), MRS Symposium Proceedings vol. 469. Общество исследования материалов, Питтсбург.
  5. ^ Хегги, М .; Eggen, BR; Ewels, CP; и другие. (1998). «ЛДФ-расчеты точечных дефектов в графитах и ​​фуллеренах». Electrochem Soc Proc . 98 (?): 60.
  6. ^ Seidman, DN; Авербак, РС; Окамото, PR; Бейли, AC (1987). «Процессы аморфизации в кремнии, облученном электронами и / или ионами» (PDF) . Phys. Rev. Lett . 58 (9): 900–903. Bibcode : 1987PhRvL..58..900S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.58.900 . PMID 10035067 .  
  7. ^ Cerofilini, GF; Meda, L .; Volpones, C. (1988). «Модель для устранения повреждений в ионно-имплантированном кремнии». J. Appl. Phys . 63 (10): 4911. Bibcode : 1988JAP .... 63.4911C . DOI : 10.1063 / 1.340432 .
  8. ^ Рен, LE; Holder, J .; Гранато, А.В.; Колтман, Р.Р .; Янг, JFW (1974). «Влияние облучения тепловыми нейтронами на упругие постоянные меди». Phys. Rev. B . 10 (2): 349. Bibcode : 1974PhRvB..10..349R . DOI : 10.1103 / PhysRevB.10.349 .
  9. ^ Granato, А. В. (1992). "Модель внедрения для состояний конденсированного состояния гранецентрированных кубических металлов". Phys. Rev. Lett . 68 (7): 974–977. Bibcode : 1992PhRvL..68..974G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.68.974 . PMID 10046046 . 
  10. ^ Forsblom, M .; Гримвалл, Г. (2005). «Гомогенное плавление перегретых кристаллов: моделирование молекулярной динамики». Phys. Rev. B . 72 (5): 054107. Bibcode : 2005PhRvB..72e4107F . DOI : 10.1103 / PhysRevB.72.054107 .
  11. ^ Nordlund, K .; Ашкенази, Й .; Авербак, РС; Гранато, А.В. (2005). «Струны и межузельные частицы в жидкостях, стеклах и кристаллах» (PDF) . Europhys. Lett . 71 (4): 625. Bibcode : 2005EL ..... 71..625N . DOI : 10,1209 / EPL / i2005-10132-1 .