Frenkel nuqsoni

Frenkel nuqsoni kristalli qattiq jismlardagi nuqtaviy nuqsonining bir turi boʻlib, uning kashfiyotchisi Yakov Frenkel nomi bilan atalgan^[1]. Nuqson atom yoki undan kichikroq ion (odatda kation) panjaradagi o‘rnini tark etib, bo‘sh joy hosil qilganda va yaqin joyda joylashib, oraliq bo‘lakka aylanganda hosil bo‘ladi^[2]. Elementar tizimlarda ular asosan zarrachalar nurlanishida hosil boʻladi, chunki ularning hosil boʻlish entalpiyasi odatda boʻsh joylar kabi boshqa nuqta nuqsonlariga qaraganda ancha yuqori va shuning uchun Boltzmann taqsimotiga koʻra ularning muvozanat konsentratsiyasi aniqlash chegarasidan past boʻladi. Odatda koordinatsiya soni past yoki ionlar oʻlchamlarida sezilarli nomutanosiblikka ega boʻlgan ionli kristallarda bu nuqson oʻz-oʻzidan paydo boʻlishi mumkin, bunda kichikroq ion (odatda kation) dislokatsiyaga uchraydi. Schottky nuqsoniga oʻxshash Frenkel nuqsoni stokiometrik nuqsondir (birikmaning butun stokiometriyasini oʻzgartirmaydi). Ion birikmalarida vakant joy va oraliq nuqsonlar qarama-qarshi zaryadlangan va elektrostatik tortishish tufayli ularning bir-biriga yaqin joylashadi deb taxmin qilish mumkin. Biroq, haqiqiy materialda bunday bogʻlangan nuqsonning kichik entropiyasi yoki ikkita nuqson bir-biriga tushishi mumkinligi sababli bunday boʻlishi mumkin emas^[3]. Bundan tashqari, bunday bogʻlangan murakkab nuqsonlar stokiometrik boʻlganligi sababli, ularning konsentratsiyasi kimyoviy sharoitlardan mustaqil boʻladi^[4].

Zichlikka taʼsiri

Frenkel nuqsonlari faqat kristall ichidagi ionlarning migratsiyasini oʻz ichiga olgan boʻlsa ham, umumiy hajm va shuning uchun zichlik oʻzgarmasligi shart emas: xususan, yaqin oʻralgan tizimlar uchun, oraliq atom tomonidan induktsiya qilingan shtammlar tufayli panjara kengayishi odatda ustunlik qiladi. boʻsh joy tufayli panjara qisqarishi, bu zichlikning pasayishiga olib keladi.

Misollar

NaCl tarkibidagi Frenkel nuqsoni

Frenkel nuqsonlari anion va kation oʻrtasidagi katta oʻlchamdagi farq bilan ionli qattiq jismlarda namoyon boʻladi (koʻproq samarali yadro zaryadi tufayli kation odatda kichikroq boʻladi).

Frenkel nuqsonlarini koʻrsatadigan baʼzi qattiq moddalar misollari:

rux sulfid ,
kumush (I) xlorid ,
kumush (I) bromid (shuningdek, Schottky nuqsonlarini koʻrsatadi),
kumush (I) yodid .

Masalan, X^n- va Mⁿ⁺ ionlari tomonidan hosil qilingan panjarani koʻrib chiqaylik. Faraz qilaylik, M ioni M pastki panjarani tark etib, X pastki panjarani o‘zgarishsiz qoldirdi. Yaratilgan oraliqlar soni tuzilgan vakant oʻrinlari soniga teng boʻladi.

MgO dagi Frenkel nuqsoni reaksiyasining bir shakli oksid anioni panjaradan chiqib, Kröger-Vink belgilanishida yozilgan oraliq joyga kirib boradi:

${Mg_{Mg}^{x}+O_{O}^{x}\to O''_{i}+v_{O}^{..}+Mg_{Mg}^{x}}$

Buni natriy xlorid kristalli tuzilishi misolida ham koʻrsatish mumkin. Quyidagi diagrammalar sxematik ikki oʻlchovli tasvirlardir.

NaCl tuzilishidagi ikkita Frenkel nuqsoni

Nuqsonsiz NaCl tuzilishi

Yana qarang

Chuqur darajadagi vaqtinchalik spektroskopiya (DLTS)
Shottky nuqsoni
Wigner effekti
Kristallografik nuqson

Manbalar

↑ Frenkel, Yakov (1926). „Über die Wärmebewegung in festen und flüssigen Körpern (About the thermal motion in solids and liquids)“. Zeitschrift für Physik. 35-jild, № 8. Springer. 652–669-bet. Bibcode:1926ZPhy...35..652F. doi:10.1007/BF0137981.
↑ Ashcroft and Mermin. Solid State chemistry. Cengage Learning, 1976 — 620-bet. ISBN 0030839939.
↑ Gorai, Prashun; Stevanovic, Vladan. „Comment on "Understanding the Intrinsic P-Type Behavior and Phase Stability of Thermoelectric α-Mg3Sb2"“. ACS Applied Energy Materials. doi:10.1021/acsaem.9b01918.
↑ Anand, Shashwat; Toriyama, Micheal; Wolverton, Chris; Snyder, Jeff. „A Convergent Understanding of Charged Defects“. Accounts of Materials Research. doi:10.1021/accountsmr.2c00044.

Adabiyotlar

Kittel, Charles. Introduction to Solid State Physics, 8th, Wiley, 2005 — 585–588-bet. ISBN 0-471-41526-X.

[1] Frenkel, Yakov (1926). „Über die Wärmebewegung in festen und flüssigen Körpern (About the thermal motion in solids and liquids)“. Zeitschrift für Physik. 35-jild, № 8. Springer. 652–669-bet. Bibcode:1926ZPhy...35..652F. doi:10.1007/BF0137981.

[2] Ashcroft and Mermin. Solid State chemistry. Cengage Learning, 1976 — 620-bet. ISBN 0030839939.

[3] Gorai, Prashun; Stevanovic, Vladan. „Comment on "Understanding the Intrinsic P-Type Behavior and Phase Stability of Thermoelectric α-Mg3Sb2"“. ACS Applied Energy Materials. doi:10.1021/acsaem.9b01918.

[4] Anand, Shashwat; Toriyama, Micheal; Wolverton, Chris; Snyder, Jeff. „A Convergent Understanding of Charged Defects“. Accounts of Materials Research. doi:10.1021/accountsmr.2c00044.

[1]

[2]

[3]

[4]