Kekacauan yang diperlukan

Kekacauan yang diperlukan

Jacob Geguzin
"Sains dan Kehidupan" №1, 2018

Pembentukan campuran gas, penyelesaian cecair dan pepejal (yang termasuk aloi logam) adalah mustahil tanpa fenomena penyebaran. Perkataan "penyebaran" berasal dari bahasa Latin. diffusio – pengedaran, penyebaran, penyebaran, interaksi dan bermakna proses penembusan bersama molekul atau atom satu bahan antara molekul atau atom yang lain. Penyebaran adalah salah satu jenis gerakan termal atom. Buku Essay on Diffusion in Crystals, yang ditulis oleh ahli fizik kristal terkenal, Profesor Yakov Yevseevich Geguzin, mengandungi kira-kira lapan puluh cerita pendek tentang pelbagai proses dan fenomena yang berkaitan dengan penyebaran dalam pepejal kristal. Selama setengah abad, sejak edisi pertama edisi pertama, buku itu tidak kehilangan kaitannya, dan di rumah penerbitan "Intellect" keluar edisi ketiga. Petikan daripada buku yang kami kemukakan ditujukan kepada konsep titik kecacatan dalam kristal – laluan penyebaran penting.

Dalam model kristal yang dibina daripada bola kayu dan dawai logam, biasanya semuanya adalah dalam keadaan sempurna: di tempat-tempat di mana wayar bersilang, terdapat bola; setiap bola terletak hanya di persimpangan wayar.Struktur matematik ini akan ditakrifkan seperti berikut: terdapat korespondensi satu sama satu antara bola dan nod di mana wayar bersilang. Bola adalah model sebuah atom, dan sebuah web yang diperintahkan bagi wayar bersilang menentukan hukum yang mengatur susunan bola-atom di angkasa. Undang-undang ini boleh menjadi sangat mudah dan sangat rumit, tetapi dalam semua kes, mematuhinya, atom-atom dalam badan kristal diatur dalam susunan yang ketat.

Susunan atom secara teratur dalam kristal adalah akibat langsung dari undang-undang umum alam: keadaan stabil adalah sistem di mana tenaganya adalah minim. Dalam kes kita, "sistem" adalah kristal. Tenaga minimum sepadan dengan susunan atom yang dipesan. Di antara banyak negeri yang tidak tertib yang berbeza, susunan atom yang disusun diketengahkan, yang sepadan dengan susunan tertentu dalam susunan atom. Sudah tentu, terdapat banyak jenis susunan atom yang dipesan. Dalam kristal yang terdiri daripada atom-atom tertentu, sifat susunan yang diperintahkan (corak web bersilang wayar) ditentukan oleh sifat-sifat atom.Bagi kami sekarang, tidak kira di mana memerintahkan atom berada di dalam kristal, dan penting bahawa mereka diatur secara teratur. Pesanan ideal (surat-menyurat satu sama lain), yang ditunjukkan dalam model yang diperbuat daripada kayu dan dawai, boleh direalisasikan dalam kristal pada suhu sifar mutlak, yang menghampiri kristal secara beransur-ansur memudar.

Nota mengenai kelangsungan kristal dengan penurunan suhu secara perlahan-lahan tidak boleh diambil sebagai satu kategori. Kristal lain, terutamanya yang terdiri daripada atom ringan, mendapat nafas kedua berhampiran sifar mutlak: atom mereka menjadi lebih mudah alih daripada pada suhu tinggi. Kesan ini sememangnya kuantum. Di sini anda boleh melupakannya, mempercayai bahawa kita berurusan dengan kristal biasa "klasik".

Apabila suhu meningkat, apabila getaran atom di sekeliling keadaan keseimbangan menjadi lebih bertenaga dalam kristal yang menghidupkan semula, peristiwa boleh berlaku di dalamnya, selepas itu formula "satu-satu surat-menyurat" menjadi tidak betul: terdapat nod dalam kristal di mana tidak ada atom yang tidak terletak pada nod.Nod bebas daripada atom dipanggil kekosongan, dan atom yang tidak berada dalam nod dipanggil interstitial. Kekosongan dan atom interstisial mengganggu kisi di sekelilingnya pada jarak jauh lebih besar daripada jarak antara nod tetangga. Angka ini menunjukkan keadaan ini secara skematis. Jenis susunan dalam susunan atom atau, sebagaimana yang mereka katakan, jenis struktur kristal tetap sama, dan susunannya kurang sempurna. Oleh itu, terdapat unsur-unsur gangguan*. Inilah sebabnya: kerana atom jiran dalam kristal tidak berubah-ubah dengan ketat, mungkin salah satu daripada mereka menerima tenaga yang cukup dari jiran untuk memecahkan hubungan dengan mereka dan meninggalkan salah satu nod kosong . Pakar fizik bercakap tentang proses ini seperti berikut: terdapat turun naik tenaga yang cukup untuk atom untuk meninggalkan nod. Proses yang diuraikan adalah sama dengan penguapan atom dari permukaan kristal dengan perbezaan penting yang, menguap dari permukaan, atom masuk ke ruang sekitar kristal, dan meninggalkan laman kisi dalaman, atom itu menguap ke dalam ruang bebas, interstisial dalam kristal.

Atom interstisial (a) dan kekosongan (b) – kecacatan titik dalam kekisi kristal. Garis putus-putus kawasan grid yang rosak

Oleh itu, kekosongan dan atom interstitial timbul. Mereka akan mendapat kebebasan berstruktur hanya apabila mereka dikeluarkan satu sama lain pada jarak yang cukup untuk memastikan bahawa bagi atom interstitial nod yang mereka tinggalkan tidak akan menjadi "mereka sendiri", bukan yang dipilih, tetapi salah satu daripada banyak laman web kosong yang lain. Kekosongan dan atom interstisial yang telah kehilangan hubungan yang berkaitan dipanggil pasangan Frenkel.

Kekosongan dan atom interstitial seringkali bersatu di bawah nama umum "titik kecacatan". Nama, tentu saja, sangat bersyarat. Mereka tidak akan "putus asa" walaupun penampilan mereka tidak mengganggu kisi kristal. Tetapi sebenarnya ia mengganggu. Hakikat bahawa terdapat tapak kosong atau atom interstisial diketahui pada jarak yang jauh dari mereka. Maklumat ini ditunjukkan dalam fakta bahawa banyak atom di sekeliling "titik kecacatan" agak terlepas dari posisi di mana mereka berada sebelum penampilannya.

Mengapakah kekosongan dan atom interstitial timbul? Ini keranayang secara rawak dalam kelompok tenaga muncul di bahagian-bahagian berlainan kristal, yang dinamakan turun naik tenaga, mencukupi untuk membentuk gangguan mental. Oleh kerana pembentukannya disebabkan oleh gerakan termal, bilangan tumpahan gangguan – kekosongan dan atom interstitial – perlu meningkat dengan peningkatan suhu.

Ia mungkin kelihatan bahawa proses spontan pembentukan foci of disorder bertentangan dengan undang-undang alam. Setiap daripada mereka dikaitkan dengan beberapa tenaga tambahan, dan, oleh itu, tenaga seluruh kristal tidak akan minimum. Malah, tidak. Untuk mengekalkan susunan yang ideal dalam kristal pada suhu yang tinggi, perlu untuk mengeluarkan tenaga untuk menghilangkan turun naik tenaga. Tenaga ini, yang diperkenalkan ke dalam kristal dari luar, akan menjadikan tenaganya tidak minimum. Ini bermakna bahawa pusat-pusat gangguan akan timbul semestinya, mereka tidak boleh timbul. Kristal memerlukan pelbagai bentuk foci ini – kedua-dua kekosongan dan atom interstisial. Ini adalah kekacauan yang diperlukan.

Petikan daripada buku ini: Ya E. Geguzin. Esei mengenai penyebaran dalam kristal. – Dolgoprudny: Penerbitan "Intellect", 2015.


* Kewujudan bersama susunan dan gangguan disifatkan dalam buku Perintah dan kekacauan di dunia atom oleh Professor A. I. Kitaygorodsky. Setiap orang yang berminat dengan struktur bahan harus membaca buku ini.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: