Ledig stilling (fysik)

Ledig stilling (fra lat. vacans - tom, fri) - en krystaldefekt , som er en knude, hvori der ikke er noget atom ( ion ). Med andre ord er en ledig stilling et sted, hvor et atom (ion) i tilfælde af en ideel krystal skulle være placeret, men i virkeligheden er det ikke i denne position [1] [2] .

Jobtyper

Afhængig af ladningen af den manglende ion taler man om kationiske og anioniske ledige stillinger. Hvis en positiv ion er placeret i stedet for en ledig plads i en ideel krystal, kaldes den ledige plads kationisk, hvis negativ - anionisk.

I ioniske krystaller , der indeholder ledige stillinger, sikres elektrisk neutralitet ved, at defekter dannes i par. I en af de mulige varianter af dannelsen af sådanne par, sammen med en ladningstomgang af det samme fortegn, opstår en ladningstomgang af det modsatte fortegn. Sådanne ledige stillinger klassificeres som Schottky-defekter . Den tyske fysiker Walter Schottky (1935) var den første til at introducere begrebet defekter af denne type i videnskaben .

En anden mulighed er, at der dannes en interstitiel ion sammen med den ledige stilling. I dette tilfælde opstår en ledig stilling som følge af, at en ion flytter sig fra et sted til et interstitielt sted, det vil sige til en position, som ioner ikke indtager i et ideelt gitter. Defekter af denne type kaldes Frenkel-defekter . For første gang blev der lavet en besked om dem i den sovjetiske fysiker Yakov Frenkels værker (1926).

Når tomgangsdefekter dannes ifølge Schottky, øges krystallens volumen, som et resultat af hvilken dens tæthed falder, og dannelsen af defekter ifølge Frenkel forårsager ikke en sådan effekt.

Egenskaber

I det generelle tilfælde er begge typer defekter til stede i krystaller, men dem, der kræver mindre energi for at dannes, er fremherskende. Undersøgelser har vist, at Schottky-defekter er karakteristiske for rene alkalihalogenidkrystaller, og Frenkel-defekter er karakteristiske for rene sølvhalogenidkrystaller .

Ledige stillinger er altid til stede i en krystal, der er i en tilstand af termisk ligevægt. Antallet af Schottky-defekter , svarende til krystaltemperaturen , kan estimeres ved hjælp af formlen [3] $n$ $T$

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

hvor er antallet af ioner, er den energi, der kræves for at fjerne en ion fra et gittersted, er Boltzmann-konstanten . Ved E~1 eV og T~1000 K følger det af formlen n/N~10 -5 [2] . $N$ $\Delta E_{S}$ $k$

For at estimere antallet af par af Frenkel-defekter, bruges en anden formel [3] :

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

hvor og er koncentrationerne af henholdsvis steder og interstitielle positioner, og er den energi, der kræves for at flytte et atom fra et gittersted til et interstitielt sted. $N$ ${\displaystyle N^{\prime ))$ $\Delta E_{F}$

Antallet af ledige stillinger i en krystal kan kunstigt øges. For eksempel fører opvarmning af alkali - halogenidkrystaller i alkalimetaldampe til indtrængning af alkaliioner i krystallerne og dannelsen af deres overskud, det vil sige til udseendet af anion-tomrum.

Ledige stillinger har en væsentlig eller endog afgørende indflydelse på mange egenskaber ved krystaller og fysiske processer i dem (densitet, ionisk ledningsevne, optiske egenskaber, intern friktion osv.). Anion-vacances, der har fanget en elektron , er således i stand til at danne farvecentre, der absorberer optisk stråling i det synlige område af spektret og derved farver krystallen.

Se også

Noter

↑ Meyerovich A. E. Ledig stilling // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1 Aharonov-Bohm effekt - Lange linjer. - S. 235. - 704 s. — 100.000 eksemplarer.
↑ 1 2 Kittel C. Introduktion til faststoffysik. - M. : Nauka, 1978. - 792 s.
↑ 1 2 Pavlov P.V., Khokhlov A.F. Faststoffysik. - M . : Højere skole, 2000. - 494 s. — ISBN 5-06-003770-3 .

Litteratur

Glinka N. L. Generel kemi