stringtranslate.com

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

Определение идеального паракристалла, данное Рольфом Хоземаном, 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 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, которую следует рассматривать 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 точно описано, 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 длиной корреляции . 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 измерением плотности . моделирования состояний [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 реального [11] паракристалла.

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] , который 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]

Смотрите также

Рекомендации

  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. ОСЛК  594302398.
  5. ^ Р. Хоземанн, Der Ideale Parakristall und die von ihm gestreute kohaerente Roentgenstrahlung, Zeitschrift für Physik 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. doi : 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. doi : 10.1021/acs.nanolett.6b02382. ПМИД  27540863.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  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.; 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). «α*-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. ^ Байану IC (1978). «Рассеяние рентгеновских лучей частично неупорядоченными мембранными системами». Акта Кристаллогр. А. _ 34 (5): 751–753. Бибкод : 1978AcCrA..34..751B. дои : 10.1107/S0567739478001540.