Frenkel-hiba

A kristálytanban a pontszerű kristálytani hibák egy típusa a Frenkel-hiba, vagy Frenkel-pár. Utóbbi elnevezés arra utal, hogy ezt a hibatípust valójában két pontszerű, egymással összefüggő kristályhiba: egy vakancia, és egy hozzá közeli intersticiális hiba alkotja. E két ponthiba alkotta képződmény azért fogható fel önálló hibatípusként, ugyanis bizonyos folyamatok jellemző képződménye.

A hibatípust Jakov Iljics Frenkel szovjet kutatóról, a jelenség első ismertetőjéről nevezték el.^[1]

Fizikai jellemzői

Létrejötte

Frenkel-hibának nevezik azt a kristálytani hibát, melyet egy intersticiális atom és egy hozzá közeli helyen egy ugyanilyen anyagi minőségű atom vakanciájának kettőse alkot. Legjellemzőbb képződési mechanizmusa, hogy egy szabályos, egy- vagy többkomponensű kristály egy atomja a rácspontról külső hatásra elmozdul, és egy közeli, rácsközi helyen rögzül. Ilyen külső hatás lehet például egy sugárzás, mely kellő energiát közöl a kristály egy atomjával, hogy az eredeti rácshelyét elhagyja, azonban a kristályt nem hagyja el.

Kristályokban az intersticiális hibák általában nagy többletenergiát képviselnek a rendezett rácshoz képest, ezért szobahőmérsékleti egyensúlyi koncentrációjuk a Boltzmann-eloszlás értelmében csekély. Mivel egy Frenkel-hiba képzéséhez is ilyen hibahelynek kell létrejönnie, ezért a Frenkel-hibák egyensúlyi száma is igen kicsi.

Tulajdonságai

Röntgennel besugárzott alkáli-halogenid ionkristályok esetén jellemző tapasztalat a Frenkel-hibák keletkezése.^[2]^[3] Ezt elősegíti, ha egy kétkomponensű ionkristályt alkotó atomjai között nagy a méretkülönbség. Például figyeltek már meg ilyen hibatípust az alábbi ionos anyagokban:

továbbá fémekben is előfordul.^[10]

Az ionos jellegű kristályokban a kation gyakran kisebb méretű, mint az anion, ezért ezekben nagyobb a gyakorisága a kationvakancia és intersticiális kation kettőséből álló Frenkel-hibának.

A hibatípus nincs hatással a rács tömegére és térfogatára, ugyanis létrejöttekor csak kristályon belüli atomáthelyeződés történik, a kristályt nem hagyja el atom.

Jegyzetek

↑ Frenkel, J. (1926). „Über die Wärmebewegung in festen und flüssigen Körpern (Termikus mozgásról szilárd és folyékony anyagokban)” (német nyelven). Zeitschrift für Physik 35 (8-9), 652–669. o, Kiadó: Springer Nature. DOI:10.1007/bf01379812. ISSN 1434-6001.
↑ ^a ^b ^c Aboltin, D. E. (1978. június 16.). „Thermally stimulated and tunneling luminescence and frenkel defect recombination in KCl and KBr at 4.2 to 77 K”. Physica Status Solidi (a) 47 (2), 667–675. o, Kiadó: Wiley-Blackwell. DOI:10.1002/pssa.2210470239. ISSN 0031-8965.
↑ Kolodziej, J.J. (2001). „Frenkel defect interactions at surfaces of irradiated alkali halides studied by non-contact atomic-force microscopy”. Surface Science 482-485, 903–909. o, Kiadó: Elsevier. DOI:10.1016/s0039-6028(01)00936-0. ISSN 0039-6028.
↑ Wright, Kate (1995). „Computer simulation of the structure and defect properties of zinc sulfide”. Journal of Materials Chemistry 5 (11), 2037. o, Kiadó: Royal Society of Chemistry (RSC). DOI:10.1039/jm9950502037. ISSN 0959-9428.
↑ Soda, Kazuo (1981. december 15.). „Frenkel Defect Formation and Intersystem Crossing at Highly-Excited States of the Triplet Self-Trapped Exciton in NaCl”. Journal of the Physical Society of Japan 50 (12), 3988–3995. o, Kiadó: Physical Society of Japan. DOI:10.1143/jpsj.50.3988. ISSN 0031-9015.
↑ Batra, A. P. (1975. október 15.). „Temperature dependence of Frenkel-defect formation energy deduced from diffusion of sodium in silver chloride”. Physical Review B 12 (8), 3473–3475. o, Kiadó: American Physical Society (APS). DOI:10.1103/physrevb.12.3473. ISSN 0556-2805.
↑ Catlow, C R A (1979. szeptember 14.). „A calculation of the Frenkel defect formation energy in silver chloride”. Journal of Physics C 12 (17), 3433–3445. o, Kiadó: IOP Publishing. DOI:10.1088/0022-3719/12/17/016. ISSN 0022-3719.
↑ ^a ^b Funke, K. (1996). „On the dynamics of Frenkel defect formation and ionic hopping in AgCl, AgBr and β-AgI”. Solid State Ionics 86-88, 141–146. o, Kiadó: Elsevier. DOI:10.1016/0167-2738(96)00111-7. ISSN 0167-2738.
↑ ^a ^b Varotsos, P. (1976. január 15.). „Comments on the formation entropy of a Frenkel defect inBaF2andCaF2”. Physical Review B 13 (2), 938–938. o, Kiadó: Amerikai Fizikai Társaság. DOI:10.1103/physrevb.13.938. ISSN 0556-2805.
↑ Lucasson, P. (1975). Production of Frenkel defects in metals (CONF-751006--P1). Young, F.W. Jr. (Ed.). United States

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Frenkel defect című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

E. Kotomin, V. Kuzovkov (1992. december 1.). „Phenomenological kinetics of Frenkel defect recombination and accumulation in ionic solids”. Reports on Progress in Physics 55 (12), 2079–2188. o, Kiadó: IOP Publishing. DOI:10.1088/0034-4885/55/12/001. ISSN 0034-4885. ^{[halott link]}
Sólyom Jenő: A modern szilárdtest-fizika alapjai I: Szerkezet és dinamika. Budapest: ELTE Eötvös Kiadó. 2009. 276. o. ISBN 9789632840970
Helmut Föll: Frenkel Defects. www.tf.uni-kiel.de. (Hozzáférés: 2017. június 30.)

Kapcsolódó szócikkek

[Frenkel_1926_pp._652–669-1] Frenkel, J. (1926). „Über die Wärmebewegung in festen und flüssigen Körpern (Termikus mozgásról szilárd és folyékony anyagokban)” (német nyelven). Zeitschrift für Physik 35 (8-9), 652–669. o, Kiadó: Springer Nature. DOI:10.1007/bf01379812. ISSN 1434-6001.

[Aboltin_Grabovskis_Kangro_Lushchik_pp._667–675-2] Aboltin, D. E. (1978. június 16.). „Thermally stimulated and tunneling luminescence and frenkel defect recombination in KCl and KBr at 4.2 to 77 K”. Physica Status Solidi (a) 47 (2), 667–675. o, Kiadó: Wiley-Blackwell. DOI:10.1002/pssa.2210470239. ISSN 0031-8965.

[Kolodziej_Such_Czuba_Krok_2001_pp._903–909-3] Kolodziej, J.J. (2001). „Frenkel defect interactions at surfaces of irradiated alkali halides studied by non-contact atomic-force microscopy”. Surface Science 482-485, 903–909. o, Kiadó: Elsevier. DOI:10.1016/s0039-6028(01)00936-0. ISSN 0039-6028.

[Wright_Jackson_1995_p=2037-4] Wright, Kate (1995). „Computer simulation of the structure and defect properties of zinc sulfide”. Journal of Materials Chemistry 5 (11), 2037. o, Kiadó: Royal Society of Chemistry (RSC). DOI:10.1039/jm9950502037. ISSN 0959-9428.

[Soda_Itoh_pp._3988–3995-5] Soda, Kazuo (1981. december 15.). „Frenkel Defect Formation and Intersystem Crossing at Highly-Excited States of the Triplet Self-Trapped Exciton in NaCl”. Journal of the Physical Society of Japan 50 (12), 3988–3995. o, Kiadó: Physical Society of Japan. DOI:10.1143/jpsj.50.3988. ISSN 0031-9015.

[Batra_Slifkin_pp._3473–3475-6] Batra, A. P. (1975. október 15.). „Temperature dependence of Frenkel-defect formation energy deduced from diffusion of sodium in silver chloride”. Physical Review B 12 (8), 3473–3475. o, Kiadó: American Physical Society (APS). DOI:10.1103/physrevb.12.3473. ISSN 0556-2805.

[Catlow_Corish_Jacobs_pp._3433–3445-7] Catlow, C R A (1979. szeptember 14.). „A calculation of the Frenkel defect formation energy in silver chloride”. Journal of Physics C 12 (17), 3433–3445. o, Kiadó: IOP Publishing. DOI:10.1088/0022-3719/12/17/016. ISSN 0022-3719.

[Funke_Wilmer_Lauxtermann_Holzgreve_1996_pp._141–1462-8] Funke, K. (1996). „On the dynamics of Frenkel defect formation and ionic hopping in AgCl, AgBr and β-AgI”. Solid State Ionics 86-88, 141–146. o, Kiadó: Elsevier. DOI:10.1016/0167-2738(96)00111-7. ISSN 0167-2738.

[Varotsos_pp._938–938-9] Varotsos, P. (1976. január 15.). „Comments on the formation entropy of a Frenkel defect inBaF2andCaF2”. Physical Review B 13 (2), 938–938. o, Kiadó: Amerikai Fizikai Társaság. DOI:10.1103/physrevb.13.938. ISSN 0556-2805.

[10] Lucasson, P. (1975). Production of Frenkel defects in metals (CONF-751006--P1). Young, F.W. Jr. (Ed.). United States

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]