Дефект вакансии

Электронная микроскопия вакансий серы в монослое молибдена дисульфида . Правый кружок указывает на дивакансию, т. е. атомы серы отсутствуют как над, так и под слоем Мо. Остальные кружки представляют собой одиночные вакансии, т.е. атомы серы отсутствуют только выше или ниже слоя Мо. Масштабная линейка: 1 нм.

В кристаллографии вакансия — это тип точечного дефекта в кристалле , при котором атом отсутствует в одном из узлов решетки . Кристаллы по своей природе обладают несовершенствами, иногда называемыми кристаллографическими дефектами .

Вакансии естественным образом возникают во всех кристаллических материалах. При любой заданной температуре, вплоть до температуры плавления материала, существует равновесная концентрация (отношение вакантных узлов решетки к содержащим атомы). При температуре плавления некоторых металлов соотношение может составлять примерно 1:1000. Эту температурную зависимость можно смоделировать с помощью

$N_{\rm {v}}=N\exp \left({\frac {-Q_{\rm {v}}}{k_{\rm {B}}T}}\right)$

где N _v — концентрация вакансий, Q _v — энергия, необходимая для образования вакансии, k _B — постоянная Больцмана , T — абсолютная температура , а N — концентрация атомных позиций, т.е.

$N={\frac {mN_{\rm {A}}}{M}}$

где m — масса, NA _— и постоянная Авогадро M — молярная масса .

Это простейший точечный дефект. В этой системе атом отсутствует на своем обычном атомном месте. Вакансии образуются при затвердевании вследствие вибрации атомов, локальной перестройки атомов, пластической деформации и ионных бомбардировок.

Создание вакансии можно просто смоделировать, учитывая энергию, необходимую для разрыва связей между атомом внутри кристалла и его ближайшими соседними атомами. Как только этот атом удаляется из узла решетки, он возвращается на поверхность кристалла, и некоторая энергия возвращается, поскольку устанавливаются новые связи с другими атомами на поверхности. Однако существует чистый вклад энергии, поскольку между поверхностными атомами меньше связей, чем между атомами внутри кристалла.

Физика материалов

В большинстве случаев вакансионные дефекты не имеют отношения к назначению материала, поскольку их либо слишком мало, либо они расположены в многомерном пространстве таким образом, что сила или заряд могут перемещаться вокруг вакансии. Однако в случае более ограниченных структур, таких как углеродные нанотрубки , вакансии и другие кристаллические дефекты могут значительно ослабить материал.

См. также

• Кристаллографический дефект
• дефект Шоттки
• Дефект Френкеля

Внешние ссылки

• Кристаллические дефекты в кремнии