Ledig tjänst (fysik)

Vakans (av lat. vacans - tom, fri) - en kristalldefekt , som är en nod där det inte finns någon atom ( jon ). Med andra ord, en vakans är en plats där, i fallet med en ideal kristall, en atom (jon) ska finnas, men i verkligheten är den inte i denna position [1] [2] .

Jobbtyper

Beroende på laddningen av den saknade jonen talar man om katjoniska och anjoniska vakanser. Om en positiv jon är belägen på platsen för en vakans i en idealisk kristall, kallas vakansen katjonisk, om den är negativ - anjonisk.

I jonkristaller som innehåller vakanser säkerställs elektrisk neutralitet genom att defekter bildas i par. I en av de möjliga varianterna av bildandet av sådana par, tillsammans med en laddningsvakans av samma tecken, uppstår en laddningsvakans av det motsatta tecknet. Sådana vakanser klassificeras som Schottky-defekter . Den tyske fysikern Walter Schottky (1935) var den första som introducerade begreppet defekter av denna typ i vetenskapen .

Ett annat alternativ är att en interstitiell jon bildas tillsammans med den lediga tjänsten. I det här fallet uppstår en vakans som ett resultat av att en jon flyttar från en plats till en interstitiell plats, det vill säga till en position som joner inte upptar i ett idealiskt gitter. Defekter av denna typ kallas Frenkel-defekter . För första gången gjordes ett meddelande om dem i verk av den sovjetiske fysikern Yakov Frenkel (1926).

När vakansdefekter bildas enligt Schottky ökar kristallens volym, vilket resulterar i att dess densitet minskar, och bildandet av defekter enligt Frenkel orsakar inte en sådan effekt.

Egenskaper

I det allmänna fallet finns båda typerna av defekter i kristaller, men de som kräver mindre energi för att bildas är dominerande. Studier har visat att Schottky-defekter är karakteristiska för rena alkalihalogenidkristaller, och Frenkel-defekter är karakteristiska för rena silverhalogenidkristaller .

Vakanser finns alltid i en kristall som är i ett tillstånd av termisk jämvikt. Antalet Schottky-defekter , motsvarande kristalltemperaturen , kan uppskattas med formeln [3] $n$ $T$

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

där är antalet joner, är energin som krävs för att ta bort en jon från ett gitterställe, är Boltzmann-konstanten . Vid E~1 eV och T~1000 K följer det av formeln n/N~10 -5 [2] . $N$ $\Delta E_{S}$ $k$

För att uppskatta antalet par av Frenkel-defekter används en annan formel [3] :

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

var och är koncentrationerna av platser respektive mellanliggande positioner, och är den energi som krävs för att flytta en atom från ett gitterställe till ett interstitiellt ställe. $N$ ${\displaystyle N^{\prime ))$ $\Delta E_{F}$

Antalet lediga platser i en kristall kan ökas på konstgjord väg. Till exempel leder uppvärmning av alkalihalogenidkristaller i alkalimetallångor till inträngning av alkalijoner i kristallerna och bildandet av deras överskott, det vill säga till uppkomsten av anjonvakanser .

Vakanser har ett betydande eller till och med avgörande inflytande på många egenskaper hos kristaller och fysikaliska processer i dem (densitet, jonledningsförmåga, optiska egenskaper, intern friktion, etc.). Således kan anjonvakanser som har fångat en elektron bilda färgcentra som absorberar optisk strålning i det synliga området av spektrumet och därigenom färgar kristallen.

Se även

Anteckningar

↑ Meyerovich A. E. Vakans // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1 Aharonov-Bohm-effekten - Långa rader. - S. 235. - 704 sid. — 100 000 exemplar.
↑ 1 2 Kittel C. Introduktion till fasta tillståndets fysik. - M. : Nauka, 1978. - 792 sid.
↑ 1 2 Pavlov P.V., Khokhlov A.F. Fasta tillståndets fysik. - M . : Högre skola, 2000. - 494 sid. — ISBN 5-06-003770-3 .

Litteratur

Glinka N. L. Allmän kemi