Дефект Френкеля в кристаллической решетке: перемещение атомов, вакансии и интерстициальные атомы. Образование, свойства и особенности в ионных кристаллах.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Кристаллографический дефект, при котором атомы смещаются из своих положений в структуре.
Crystallographic defect in which atoms are displaced from their spots in the structure
В кристаллографии дефект Фрэнкеля — это тип точечного дефекта в кристаллических твердых телах, названный в честь его первооткрывателя Якова Фрэнкеля. Дефект формируется, когда атом или ион меньшего размера (обычно катион) покидает свое место в структуре, создавая вакансию и переходя в междоузлие, занимая близлежащее положение. В элементарных системах они преимущественно образуются при облучении частицами, поскольку их энергия образования обычно значительно выше, чем у других точечных дефектов, таких как вакансии, и, следовательно, их равновесная концентрация, согласно распределению Больцмана, находится ниже предела обнаружения. В ионных кристаллах, которые обычно характеризуются низким числом координации или существенной разницей в размерах ионов, этот дефект может возникать и спонтанно, когда ион меньшего размера (обычно катион) смещается из своего положения. Подобно дефекту Шоттки, дефект Фрэнкеля является стехиометрическим дефектом (не изменяет общую стехиометрию соединения). В ионных соединениях вакансия и междоузльный дефект несут противоположные заряды, и можно было бы ожидать, что они будут располагаться близко друг к другу из-за электростатического притяжения. Однако в реальных материалах это маловероятно из-за более низкой энтропии такого парного дефекта или из-за возможности коллапса двух дефектов друг в друга. Кроме того, поскольку такие парные комплексные дефекты являются стехиометрическими, их концентрация не будет зависеть от химических условий.
In crystallography, a Frenkel defect is a type of point defect in crystalline solids, named after its discoverer Yakov Frenkel. The defect forms when an atom or smaller ion (usually cation) leaves its place in the structure, creating a vacancy and becomes an interstitial by lodging in a nearby location. In elemental systems, they are primarily generated during particle irradiation, as their formation enthalpy is typically much higher than for other point defects, such as vacancies, and thus their equilibrium concentration according to the Boltzmann distribution is below the detection limit. In ionic crystals, which usually possess low coordination number or a considerable disparity in the sizes of the ions, this defect can be generated also spontaneously, where the smaller ion (usually the cation) is dislocated. Similar to a Schottky defect the Frenkel defect is a stoichiometric defect (does not change the over all stoichiometry of the compound). In ionic compounds, the vacancy and interstitial defect involved are oppositely charged and one might expect them to be located close to each other due to electrostatic attraction. However, this is not likely the case in real material due to smaller entropy of such a coupled defect, or because the two defects might collapse into each other. Also, because such coupled complex defects are stoichiometric, their concentration will be independent of chemical conditions.
Влияние на плотность
Даже если дефекты Френкеля связаны лишь с перемещением ионов внутри кристалла, общий объем и, следовательно, плотность не обязательно изменяются: в частности, для систем с плотной упаковкой структурное расширение, вызванное напряжениями, индуцированными интерстициальным атомом, как правило, преобладает над структурным сжатием, вызванным вакансией, что приводит к уменьшению плотности.
Even though Frenkel defects involve only the migration of the ions within the crystal, the total volume and thus the density is not necessarily changed: in particular for close packed systems, the structural expansion due to the strains induced by the interstitial atom typically dominates over the structural contraction due to the vacancy, leading to a decrease of density.