Паракристалличность

В материаловедении паракристаллические . материалы определяются как имеющие ближний и средний порядок в своей решетке (аналогично жидкокристаллическим фазам), но не имеющие кристаллоподобного дальнего порядка, по крайней мере, в одном направлении ^[1]

Происхождение и определение

Слова «паракристалличность» и «паракристалл» были придуманы покойным Фридрихом Ринне в 1933 году. ^[2] Их немецкие аналоги, например, «Паракристалл», появились в печати годом ранее. ^[3]Общая теория паракристаллов сформулирована в базовом учебнике. ^[4] а затем доработаны/уточнены различными авторами.

Рольфом Хоземаном, Определение идеального паракристалла, данное таково: «Распределение электронной плотности любого материала эквивалентно распределению электронной плотности в паракристалле, когда для каждого строительного блока существует одна идеальная точка, так что статистика расстояний до других идеальных точек идентична для всех каждого Электронная конфигурация строительного блока вокруг его идеальной точки статистически независима от его аналога в соседних строительных блоках. Тогда строительный блок соответствует материальному содержанию ячейки этой «размытой» пространственной решетки, которую следует учитывать. паракристалл». ^[5]

Теория

Упорядочение — это регулярность, с которой атомы появляются в предсказуемой решетке, измеренной от одной точки. В высокоупорядоченном, идеально кристаллическом материале, или монокристалле , расположение каждого атома в структуре может быть описано точно, исходя из одного начала. И наоборот, в неупорядоченной структуре, такой как жидкость или аморфное твердое тело , расположение ближайших и, возможно, вторых ближайших соседей может быть описано из начала координат (с некоторой степенью неопределенности), и оттуда способность предсказывать местоположения быстро снижается. вне. Расстояние, на котором можно предсказать расположение атомов, называется корреляционной длиной. $\xi$ . Паракристаллический материал демонстрирует соотношение где-то между полностью аморфным и полностью кристаллическим.

Основным и наиболее доступным источником информации о кристалличности является рентгеновская дифракция и криоэлектронная микроскопия . ^[6] хотя для наблюдения сложной структуры паракристаллических материалов могут потребоваться и другие методы, такие как флуктуационная электронная микроскопия. ^[7] в сочетании с плотности состояний моделированием ^[8] электронных и колебательных состояний. Сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия может обеспечить характеристику паракристалличности в реальном и обратном пространстве в наноразмерных материалах, таких как твердые квантовые точки . ^[9]

Рассеяние рентгеновских лучей, нейтронов и электронов на паракристаллах количественно описывается теориями идеального ^[10] и настоящий ^[11] паракристалл.

Численными различиями в анализе дифракционных экспериментов на основе любой из этих двух теорий паракристалличности часто можно пренебречь. ^[12]

Как и идеальные кристаллы, идеальные паракристаллы теоретически простираются до бесконечности. С другой стороны, реальные паракристаллы подчиняются эмпирическому α*-закону: ^[13] что ограничивает их размер. Этот размер также косвенно пропорционален компонентам тензора паракристаллических искажений. Более крупные твердотельные агрегаты тогда состоят из микропаракристаллов. ^[14]

Приложения

Паракристаллическая модель оказалась полезной, например, при описании состояния частично аморфных полупроводниковых материалов после осаждения. Он также успешно применяется к синтетическим полимерам, жидким кристаллам, биополимерам, твердым веществам с квантовыми точками и биомембранам. ^[15]

См. также

Ссылки

^ Войлс, премьер-министр; Зотов Н.; Нахмансон, С.М.; Драболд, Д.А.; Гибсон, Дж. М.; Трейси, MMJ; Кеблински, П. (2001). «Структура и физические свойства паракристаллических атомистических моделей аморфного кремния» (PDF) . Журнал прикладной физики . 90 (9): 4437. Бибкод : 2001JAP....90.4437V . дои : 10.1063/1.1407319 .
^ Ф. Ринне, Исследования и соображения относительно паракристалличности, Труды Общества Фарадея 29 (1933) 1016–1032.
^ Ринне, Фридрих (1933). «Исследования и соображения по поводу паракристалличности». Труды Фарадеевского общества . 29 (140): 1016. дои : 10.1039/TF9332901016 .
^ Хоземанн Р.; Багчи Р.Н. (1962). Прямой анализ дифракции на веществе . Амстердам; Нью-Йорк: Северная Голландия. OCLC 594302398 .
^ Р. Хоземанн, Идеальный паракристалл и рассеянные им когерентные рентгеновские лучи, Journal of Physics 128 (1950) 465–492.
^ Берриман, Дж.А.; Ли, С.; Хьюлетт, LJ; Василевский, С.; Кискин, Ф.Н.; Картер, Т.; Ханна, MJ; Розенталь, ПБ (29 сентября 2009 г.). «Структурная организация телец Вейбеля-Паладе, выявленная с помощью крио-ЭМ витрифицированных эндотелиальных клеток» . Труды Национальной академии наук . 106 (41): 17407–17412. Бибкод : 2009PNAS..10617407B . дои : 10.1073/pnas.0902977106 . ПМК 2765093 . ПМИД 19805028 .
^ Бисвас, Партапратим; Атта-Финн, Раймонд; Чакраборти, С; Драболд, Д.А. (2007). «Реальная космическая информация из флуктуационной электронной микроскопии: применение к аморфному кремнию». Физический журнал: конденсированное вещество . 19 (45): 455202. arXiv : 0707.4012 . Бибкод : 2007JPCM...19S5202B . дои : 10.1088/0953-8984/19/45/455202 . S2CID 14043098 .
^ Нахмансон, С.; Войлс, П.; Муссо, Нормандия; Баркема, Г.; Драболд, Д. (2001). «Реалистичные модели паракристаллического кремния». Физический обзор B . 63 (23): 235207. Бибкод : 2001PhRvB..63w5207N . дои : 10.1103/PhysRevB.63.235207 . hdl : 1874/13925 . S2CID 14485235 .
^ Б. Савицкий, Р. Ховден, К. Уизем, Дж. Янг, Ф. Уайз, Т. Ханрат и Л. Ф. Куркутис (2016). «Распространение структурного беспорядка в эпитаксиально связанных твердых телах с квантовыми точками от атомного до микронного масштаба». Нано-буквы . 16 (9): 5714–5718. Бибкод : 2016NanoL..16.5714S . дои : 10.1021/acs.nanolett.6b02382 . ПМИД 27540863 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Хоземанн, Рольф (1950). «Рентгеновская интерференция на материалах с жидкими статистическими возмущениями решетки». Журнал физики . 128 (1): 1–35. Бибкод : 1950ZPhy..128....1H . дои : 10.1007/BF01339555 . S2CID 125247872 .
^ Р. Хоземанн: Основы теории паракристалла и ее возможные применения в исследовании реальной структуры кристаллических веществ, Кристалл и технология, том 11, 1976, стр. 1139–1151.
^ Хоземанн, Р.; Фогель, В.; Вейк, Д.; Балта-Каллеха, Ф.Дж. (1981). «Новые аспекты настоящего паракристалла». Acta Crystallographica Раздел А. 37 (1): 85–91. Бибкод : 1981AcCrA..37...85H . дои : 10.1107/S0567739481000156 .
^ Хоземанн, Р.; Хентшель, член парламента; Балта-Каллеха, Ф.Дж.; Кабаркос, Э. Лопес; Хинделе, AM (2001). «А*-константа, состояние равновесия и несущие сетчатые плоскости в полимерах, биополимерах и катализаторах». Журнал физики C: Физика твердого тела . 18 (5): 249–254.
^ Хинделе, AM; Хоземанн, Р. (1991). «Микропаракристаллы: промежуточная стадия между кристаллическими и аморфными». Журнал материаловедения . 26 (19): 5127–5133. Бибкод : 1991JMatS..26.5127H . дои : 10.1007/BF01143202 . S2CID 135930955 .
^ Баяну И.С. (1978). «Рассеяние рентгеновских лучей частично неупорядоченными мембранными системами». Акта Кристаллогр. А. 34 (5): 751–753. Бибкод : 1978AcCrA..34..751B . дои : 10.1107/S0567739478001540 .

[1] Войлс, премьер-министр; Зотов Н.; Нахмансон, С.М.; Драболд, Д.А.; Гибсон, Дж. М.; Трейси, MMJ; Кеблински, П. (2001). «Структура и физические свойства паракристаллических атомистических моделей аморфного кремния» (PDF) . Журнал прикладной физики . 90 (9): 4437. Бибкод : 2001JAP....90.4437V . дои : 10.1063/1.1407319 .

[2] Ф. Ринне, Исследования и соображения относительно паракристалличности, Труды Общества Фарадея 29 (1933) 1016–1032.

[3] Ринне, Фридрих (1933). «Исследования и соображения по поводу паракристалличности». Труды Фарадеевского общества . 29 (140): 1016. дои : 10.1039/TF9332901016 .

[4] Хоземанн Р.; Багчи Р.Н. (1962). Прямой анализ дифракции на веществе . Амстердам; Нью-Йорк: Северная Голландия. OCLC 594302398 .

[5] Р. Хоземанн, Идеальный паракристалл и рассеянные им когерентные рентгеновские лучи, Journal of Physics 128 (1950) 465–492.

[6] Берриман, Дж.А.; Ли, С.; Хьюлетт, LJ; Василевский, С.; Кискин, Ф.Н.; Картер, Т.; Ханна, MJ; Розенталь, ПБ (29 сентября 2009 г.). «Структурная организация телец Вейбеля-Паладе, выявленная с помощью крио-ЭМ витрифицированных эндотелиальных клеток» . Труды Национальной академии наук . 106 (41): 17407–17412. Бибкод : 2009PNAS..10617407B . дои : 10.1073/pnas.0902977106 . ПМК 2765093 . ПМИД 19805028 .

[7] Бисвас, Партапратим; Атта-Финн, Раймонд; Чакраборти, С; Драболд, Д.А. (2007). «Реальная космическая информация из флуктуационной электронной микроскопии: применение к аморфному кремнию». Физический журнал: конденсированное вещество . 19 (45): 455202. arXiv : 0707.4012 . Бибкод : 2007JPCM...19S5202B . дои : 10.1088/0953-8984/19/45/455202 . S2CID 14043098 .

[8] Нахмансон, С.; Войлс, П.; Муссо, Нормандия; Баркема, Г.; Драболд, Д. (2001). «Реалистичные модели паракристаллического кремния». Физический обзор B . 63 (23): 235207. Бибкод : 2001PhRvB..63w5207N . дои : 10.1103/PhysRevB.63.235207 . hdl : 1874/13925 . S2CID 14485235 .

[9] Б. Савицкий, Р. Ховден, К. Уизем, Дж. Янг, Ф. Уайз, Т. Ханрат и Л. Ф. Куркутис (2016). «Распространение структурного беспорядка в эпитаксиально связанных твердых телах с квантовыми точками от атомного до микронного масштаба». Нано-буквы . 16 (9): 5714–5718. Бибкод : 2016NanoL..16.5714S . дои : 10.1021/acs.nanolett.6b02382 . ПМИД 27540863 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[10] Хоземанн, Рольф (1950). «Рентгеновская интерференция на материалах с жидкими статистическими возмущениями решетки». Журнал физики . 128 (1): 1–35. Бибкод : 1950ZPhy..128....1H . дои : 10.1007/BF01339555 . S2CID 125247872 .

[11] Р. Хоземанн: Основы теории паракристалла и ее возможные применения в исследовании реальной структуры кристаллических веществ, Кристалл и технология, том 11, 1976, стр. 1139–1151.

[12] Хоземанн, Р.; Фогель, В.; Вейк, Д.; Балта-Каллеха, Ф.Дж. (1981). «Новые аспекты настоящего паракристалла». Acta Crystallographica Раздел А. 37 (1): 85–91. Бибкод : 1981AcCrA..37...85H . дои : 10.1107/S0567739481000156 .

[13] Хоземанн, Р.; Хентшель, член парламента; Балта-Каллеха, Ф.Дж.; Кабаркос, Э. Лопес; Хинделе, AM (2001). «А*-константа, состояние равновесия и несущие сетчатые плоскости в полимерах, биополимерах и катализаторах». Журнал физики C: Физика твердого тела . 18 (5): 249–254.

[14] Хинделе, AM; Хоземанн, Р. (1991). «Микропаракристаллы: промежуточная стадия между кристаллическими и аморфными». Журнал материаловедения . 26 (19): 5127–5133. Бибкод : 1991JMatS..26.5127H . дои : 10.1007/BF01143202 . S2CID 135930955 .

[15] Баяну И.С. (1978). «Рассеяние рентгеновских лучей частично неупорядоченными мембранными системами». Акта Кристаллогр. А. 34 (5): 751–753. Бибкод : 1978AcCrA..34..751B . дои : 10.1107/S0567739478001540 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]