Паракристалличность
Материалы без дальнего порядка кристаллических решеток

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 эквиваленты, например, «Parakristall», появились в печати годом ранее. [3] Общая теория паракристаллов была сформулирована в базовом учебнике, [4] а затем далее развита/уточнена различными авторами.

Определение идеального паракристалла Рольфом Хоземаном следующее: «Распределение электронной плотности любого материала эквивалентно распределению паракристалла, когда для каждого строительного блока существует одна идеальная точка, так что статистика расстояний до других идеальных точек одинакова для всех этих точек. Электронная конфигурация каждого строительного блока вокруг его идеальной точки статистически независима от его аналога в соседних строительных блоках. Строительный блок соответствует тогда материальному содержанию ячейки этой «размытой» пространственной решетки, которая должна считаться паракристаллом». [5]

Теория

Упорядочение — это регулярность, в которой атомы появляются в предсказуемой решетке, измеряемой от одной точки. В высокоупорядоченном, идеально кристаллическом материале или монокристалле местоположение каждого атома в структуре может быть описано точно, измеряя от одного начала координат. Наоборот, в неупорядоченной структуре, такой как жидкость или аморфное твердое тело , местоположение ближайших и, возможно, вторых по близости соседей может быть описано от начала координат (с некоторой степенью неопределенности), и способность предсказывать местоположения быстро уменьшается оттуда. Расстояние, на котором можно предсказать местоположения атомов, называется длиной корреляции . Паракристаллический материал демонстрирует корреляцию где-то между полностью аморфным и полностью кристаллическим. ξ {\displaystyle \xi }

Основным, наиболее доступным источником информации о кристалличности является рентгеновская дифракция и криоэлектронная микроскопия , [6] хотя для наблюдения за сложной структурой паракристаллических материалов могут потребоваться и другие методы, такие как флуктуационная электронная микроскопия [7] в сочетании с моделированием плотности состояний [8] электронных и колебательных состояний. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия может обеспечить характеристику паракристалличности в реальном пространстве и обратном пространстве в наноразмерном материале, таком как твердые тела с квантовыми точками . [9]

Рассеяние рентгеновских лучей, нейтронов и электронов на паракристаллах количественно описывается теориями идеального [10] и реального [11] паракристалла.

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

Как и идеальные кристаллы, идеальные паракристаллы теоретически простираются до бесконечности. Реальные паракристаллы, с другой стороны, следуют эмпирическому α*-закону, [13] , который ограничивает их размер. Этот размер также косвенно пропорционален компонентам тензора паракристаллического искажения. Более крупные твердотельные агрегаты затем состоят из микропаракристаллов. [14]

Приложения

Модель паракристалла оказалась полезной, например, при описании состояния частично аморфных полупроводниковых материалов после осаждения. Она также успешно применялась к синтетическим полимерам, жидким кристаллам, биополимерам, квантовым точкам твердых тел и биомембранам. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Voyles, PM; Zotov, N.; Nakhmanson, SM; Drabold, DA; Gibson, JM; Treacy, MMJ; Keblinski, P. (2001). "Структура и физические свойства паракристаллических атомистических моделей аморфного кремния" (PDF) . Журнал прикладной физики . 90 (9): 4437. Bibcode :2001JAP....90.4437V. doi :10.1063/1.1407319.
  2. ^ Ф. Ринне, Исследования и соображения относительно паракристалличности, Труды Фарадейского общества 29 (1933) 1016–1032
  3. ^ Ринне, Фридрих (1933). «Исследования и соображения относительно паракристалличности». Труды Фарадейского общества . 29 (140): 1016. doi :10.1039/TF9332901016.
  4. ^ Хоземанн Р.; Багчи Р.Н. (1962). Прямой анализ дифракции веществом . Амстердам; Нью-Йорк: Северная Голландия. OCLC  594302398.
  5. ^ Р. Хоземанн, Der Ideale Parakristall und die von ihm gestreute kohaerente Roentgenstrahlung, Zeitschrift für Physik 128 (1950) 465–492
  6. ^ Berriman, JA; Li, S.; Hewlett, LJ; Wasilewski, S.; Kiskin, FN; Carter, T.; Hannah, MJ; Rosenthal, PB (29 сентября 2009 г.). «Структурная организация телец Вейбеля-Паладе, выявленная с помощью крио-ЭМ витрифицированных эндотелиальных клетках». Труды Национальной академии наук . 106 (41): 17407– 17412. Bibcode : 2009PNAS..10617407B. doi : 10.1073/pnas.0902977106 . PMC 2765093. PMID  19805028 . 
  7. ^ Biswas, Parthapratim; Atta-Fynn, Raymond; Chakraborty, S; Drabold, DA (2007). "Информация о реальном пространстве из флуктуационной электронной микроскопии: приложения к аморфному кремнию". Journal of Physics: Condensed Matter . 19 (45): 455202. arXiv : 0707.4012 . Bibcode : 2007JPCM...19S5202B. doi : 10.1088/0953-8984/19/45/455202. S2CID  14043098.
  8. ^ Nakhmanson, S.; Voyles, P.; Mousseau, Normand; Barkema, G.; Drabold, D. (2001). "Реалистичные модели паракристаллического кремния". Physical Review B. 63 ( 23): 235207. Bibcode : 2001PhRvB..63w5207N. doi : 10.1103/PhysRevB.63.235207. hdl : 1874/13925 . S2CID  14485235.
  9. ^ B. Savitzky, R. Hovden, K. Whitham, J. Yang, F. Wise, T. Hanrath и LF Kourkoutis (2016). «Распространение структурного беспорядка в эпитаксиально связанных квантовых точках твердых тел от атомного до микронного масштаба». Nano Letters . 16 (9): 5714– 5718. Bibcode : 2016NanoL..16.5714S. doi : 10.1021/acs.nanolett.6b02382. PMID  27540863.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  10. ^ Хоземанн, Рольф (1950). «Röntgeninterferenzen an Stoffen mit flüssigkeitsstatistischen Gitterstörungen». Zeitschrift für Physik . 128 (1): 1–35 . Бибкод : 1950ZPhy..128....1H. дои : 10.1007/BF01339555. S2CID  125247872.
  11. ^ Р. Хоземанн: Grundlagen der Theorie des Parakristalls und ihre Anwendungensmöglichkeiten bei der Untersuchung der Realstruktur kristalliner Stoffe, Kristall und Technik, Band 11, 1976, S. 1139–1151
  12. ^ Хоземанн, Р.; Фогель, В.; Вайк, Д.; Балта-Каллея, Ф. Дж. (1981). «Новые аспекты реального паракристалла». Acta Crystallographica Section A. 37 ( 1): 85–91 . Bibcode : 1981AcCrA..37...85H. doi : 10.1107/S0567739481000156.
  13. ^ Hosemann, R; Hentschel, MP; Balta-Calleja, FJ; Cabarcos, E Lopez; Hindeleh, AM (1985-02-20). "Константа α*, равновесное состояние и несущие плоскости в полимерах, биополимерах и катализаторах". Journal of Physics C: Solid State Physics . 18 (5). IOP Publishing: 961– 971. doi :10.1088/0022-3719/18/5/004. ISSN  0022-3719. OCLC  4843539431.
  14. ^ Hindeleh, AM; Hosemann, R. (1991). «Микропаракристаллы: промежуточная стадия между кристаллическим и аморфным». Journal of Materials Science . 26 (19): 5127– 5133. Bibcode : 1991JMatS..26.5127H. doi : 10.1007/BF01143202. S2CID  135930955.
  15. ^ Baianu IC (1978). «Рассеяние рентгеновских лучей частично неупорядоченными мембранными системами». Acta Crystallogr. A. 34 ( 5): 751– 753. Bibcode : 1978AcCrA..34..751B. doi : 10.1107/S0567739478001540.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Paracrystallinity&oldid=1249290778"