ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ
(от лат. defectus
- недостаток, изъян), нарушения периодичности кристаллической структуры
в реальных монокристаллах. В идеализированных структурах кристаллов атомы
занимают строго определённые положения, образуя правильные трёхмерные решётки
(кристаллические решётки). В реальных кристаллах (природных и искусственно
выращенных) наблюдаются обычно различные отступления от правильного расположения
атомов или ионов (или их групп). Такие нарушения могут быть либо атомарного
масштаба, либо макроскопич. размеров, заметные даже невооружённым глазом
(см. Дефекты металлов). Помимо статических дефектов, существуют
отклонения от идеальной решётки другого рода, связанные С тепловыми колебаниями
частиц составляющих решётку (динамические дефекты, см. Колебания кристаллической
решётки).
Д. в к. образуются в процессе их роста
(см. Кристаллизация), под влиянием тепловых, механических и электрических
воздействий, а также при облучении нейтронами, электронами, рентгеновскими
лучами, ультрафиолетовым излучением (радиационные дефекты) и т. п.
Различают точечные дефекты (нульмерные),
линейные (одномерные), дефекты, образующие в кристалле поверхности (двумерные),
и объёмные дефекты (трёхмерные). У одномерного дефекта в одном направлении
размер значительно больше, чем расстояние между соседними одноимёнными
атомами (п а-раметр решётки), а в двух других направлениях - того же порядка.
У двумерного дефекта в двух направлениях размеры больше, чем расстояние
между ближайшими атомами, и т. д.
Точечные дефекты. Часть атомов или ионов
может отсутствовать на местах, соответствующих идеальной схеме решётки.
Такие дефектные места наз. вакансиями. В кристаллах могут присутствовать
чужеродные (примесные) атомы или ионы, замещая основные частицы, образующие
кристалл, или внедряясь между ними. Точечными Д. в к. являются также собственные
атомы или ионы, сместившиеся из нормальных положений (межузелъные атомы
и ионы), а также центры окраски -комбинации вакансий с электронами
проводимости (F-центры), с примесными атомами и электронами проводимости
(Z-центры) либо с дырками (V-центры). Центры окраски могут быть вызваны
облучением кристаллов.
В ионных кристаллах, образованных
частицами двух сортов (положительными и отрицательными), точечные дефекты
возникают парами. Две вакансии противоположного знака образуют дефект по
Шотки. Пара, состоящая из межузель-ного иона и оставленной им вакансии,
наз. дефектом по Френкелю.
Атомы в кристаллах располагаются на равном
расстоянии друг от друга рядами, вытянутыми вдоль определённых крис-таллографич.
направлений. Если один атом сместится из своего положения под ударом налетевшей
частицы, вызванной облучением, он может, в свою очередь, сместить соседний
атом и т. д. Таким образом смещённым окажется целый ряд атомов, причём
на каком-то отрезке ряда атомов один атом окажется лишним. Такое нарушение
в расположении атомов или ионов вдоль определенных направлений с появлением
лишнего атома или иона на отдельном участке ряда наз. краудионом. Облучение
выводит из положения равновесия атомы или ионы и в др. направлениях, причём
движение передаётся по эстафете всё более далеко отстоящим атомам. По мере
удаления от места столкновения налетевшей частицы с атомом кристалла передача
импульса оказывается локализованной (сфокусированной) вдоль наиболее плотно
упакованных направлений. Такая эстафетная передача импульса налетевшей
частицы ионам или атомам кристалла с постоянной фокусировкой импульса вдоль
плотно упакованных атомных рядов наз. фокусоном.
Линейные дефекты. В реальных кристаллах
нек-рые атомные плоскости могут обрываться. Края таких оборванных (лишних)
плоскостей образуют краевые дислокации. Существуют также винтовые дислокации,
связанные с закручиванием атомных плоскостей в виде винтовой лестницы,
а также более сложные типы дислокаций. Иногда линейные Д. в к. образуются
из скопления точечных дефектов, расположенных цепочками (см. Дислокации).
Двумерные дефекты. Такими Д. в к. являются
границы между участками кристалла, повёрнутыми на разные (малые) углы по
отношению друг к другу; границы двойников (см. Двой-никование), дефекты
упаковки (одноатомные двойниковые слои), границы электрических и магнитных
доменов,
антифазные
границы в сплавах, границы включений другой фазы (напр., мартен-ситной),
границы зёрен (кристаллитов) в агрегатах кристаллов. Многие из поверхностных
дефектов представляют собой ряды и сетки дислокаций, а совокупность таких
сеток образует в поликристаллах границы зёрен; на этих границах собираются
примесные атомы и инородные частицы.
Объёмные дефекты. К ним относятся скопления
вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах
(декорирующие), напр, пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления
примесей в виде секторов (песочных часов) и зон роста.
В кристаллах дефекты вызывают упругие искажения
структуры, обусловливающие, в свою очередь, появление внутренних механич.
напряжений (см. Напряжение механическое). Напр., точечные дефекты,
взаимодействуя с дислокациями, упрочняют или разупроч-няют кристаллы. Д.
в к. влияют на спектры поглощения, спектры люминесценции, рассеяние света
в кристалле и т. д., изменяют электропроводность, теплопроводность, сегнетоэлектрич.
свойства (см. Сегнетоэлектрики), магнитные свойства и т. п. Подвижность
дислокаций определяет пластичность кристаллов, скопления дислокаций
вызывают появление внутренних напряжений и разрушение кристаллов. Дислокации
являются местами скопления примесей. Дислокации препятствуют процессам
намагничивания и электрич. поляризации благодаря взаимодействию с границами
доменов. Объёмные дефекты снижают пластичность, влияют на прочность,
на
электрические, оптические и магнитные свойства кристалла так же, как и
дислокации.
Лит.: Б ю р е н X. Г. в а н, Дефекты
в кристаллах, пер. с англ., М., 1962; X а л л Д., Введение в дислокации,
пер. с англ., М., 1968; Вакансии и другие точечные дефекты в металлах и
сплавах, М., 1961; Некоторые вопросы физики пластичности кристаллов, М.,
1960; Гегузин Я. Е., Макроскопические дефекты в металлах, М., 1962; Методы
и приборы для контроля качества кристаллов рубина, М., 1968; Шаскольская
М. П., Физическая кристаллография, М., 1972 [в печати]. М. В. Классен-Неклюдова,
А.А. Урусовская.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я