Дефекты кристалла

Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают несколько разновидностей дефектов по размерности. А именно, бывают нульмерные дефекты, одномерные, двумерные и трёхмерные.

Нульмерные дефекты

К нульмерным дефектам кристалла или точечным дефектам относят все дефекты, которые связаны со смещением или заменой небольшой группы атомов. Возникают в процессе роста и в результате радиационного облучения. Могут вноситься также в результате имплантации. Наиболее изучены, включая движение, взаимодействие, аннигиляцию, испарение.

вакансия — отсутствие атома в узле элементарной ячейки.
дивакансия — отсутствие двух атомов в соседних узлах.
дефект замещения — замена атома одного типа, атомом другого типа в узле элементарной ячейке.
междоузельный атом — атом, находящийся в междоузельном положении элементарной ячейки. По типу ближайшего окружения может также варьироваться (4 атома, 6 атомов).
пара Френкеля — дефект, когда атом из узла сдвигается в междоузлие.

Одномерные дефекты

Одномерные дефекты представляют собой протяжённые дефекты кристалла, множество вакансий выстроенных в линию. Единственный тип — дислокации. Возникает в процессе роста кристалла. Изучают движение дислокаций в зависимости от приложенных механических напряжений и взаимодействие точечных дефектов с полями упругих напряжений в кристалле, вызванных дислокациями. Характеризуются вектором Бюргерса.

Двумерные дефекты

Основной дефект представитель этого класса — поверхность кристалла.

Трёхмерные дефекты

Представляют собой конгломерат из многих дефектов. Происхождение — нарушение режимов роста кристалла, грязные образцы.

Методы избавления от дефектов

Основной метод, который помогает избавляться от дефектов в кристалле — метод зонной плавки. Этот метод хорошо применим для кремния. Плавят малую часть кристалла, чтобы впоследствии перекристаллизовать расплав. Используют также просто отжиг — при повышенной температуре содержат кристаллы. Дефекты при повышенной температуре обладают высоким коэффициентом диффузии. Вакансии могут выходить на поверхность и, поэтому говорят об испарении дефектов. Для атомов в междоузлиях возможен вариант выхода на поверхность и аннигиляция с вакансией. Междоузельные атомы могут исчезнуть при взаимодействии с дислокацией, так как она является стоком для атомов.

Полезные дефекты

При ковке металлов генерируется многочисленные дислокации несоответствия по разному ориентированные в пространстве, что затрудняет разрушение кристалла по сетке дислокаций и, таким образом, понижается хрупкость материала.

В искусственно выращенных рубинах, сапфирах для лазеров добавляют примеси (Cr, Fe, Ti) элементов — окрашивающие центры, которые участвуют в генерации когерентного света.