Кристалдық құрылымның ақаулары. Ақаулардың қатты денелердің физикалық қасиеттеріне əсері

Осыған дейін кристалл элементі идеал периодтық тəртіппен орналасқан, олар тек өзінің тепе-теңдік қалпының төңірегінде ғана тербеледі деп келген болатын едік. Шын мəнінде мұндай кристалдар кездеспейді.

Олай болса нақты кристалдарда кейбір себептерден əртүрлі ақаулар пайда болады:

– нүктелік ақау – негізгі заттағы кристалдық тор түйіндері бос, атом түйіндері арасындағы атомдар кезектесіп (ретті) орналасу тəртібінің бұзылуы, ал қоспа атомдарда өзінің өлшеміне

~ 151 ~

байланысты түйіндерге жəне атом түйіндерінің арасына орналасады. Осындай ақаулар əсерінен кристалдық тордың тығыздығы, диэлектрлік өтімділігі, меншікті жылу сыйым-дылығы серпімділік қасиеті, беріктілігі, электр өткізгіштігі, феромагниттігі жəне басқа көптеген қасиеттерінің өзгеруі, нүктелік ақау немесе сезімтал емес құрылым деп аталады. Олар тор реттілігінің дұрыстығының бұзылуына əкеп соғады.

Практикада кристалдардың беріктілігі, олардың теориялық беріктілігінен жүздеген есе төмен болады. Нақты кристалл торы идеал кристалдардан өзгеше болады. Олардың ішінде əрқашан ішкі ақаулар, бөлшектермен толтырылмаған бос орындар болады. Кристалдық тордың бетіндегі жəне ішіндегі болымсыз ақаулар салдарынан кристалл тұтастығы бұзылады. Мысал ретінде тас тұзды қарастырайық. Тас тұздың кристалдары ионды кристалл торының үлгісі болып табылады. Натрийдің оң иондары жəне хлордың теріс иондары куб торының түйіндерінде орналасқан. Үйреншікті температурада тас тұз жақсы изолятор. Бірақ 600⁰С-тан жоғары температурада (балқу температурасы 780⁰С) структурасы өзгере бастайды да (ақау пайда болады), бөлшектерді өткізе бастайды. Кристалл арқылы ток жүргені байқалады.

Кристалдың электр өткізгіштігі температураның өсуімен бірге тез өседі. Потенциал айырмасы үлкен кезінде тесілу болады да, одан ток көп өсіп кетеді. Тесілу кристалға тікелей күшті электр өрісінің (10⁶ В/см) əсерінен жəне кристалдың бір жерінің

күшті қызуы есебінен болуы мүмкін; оны жылудан тесілу дейміз (жылу əсерінен ақау пайда болады).

Кристалл ішінде толып жатқан микроскопиялық тар саңылаулар жəне тордың басқа ақаулары кездеседі, олар кристал өткізгіштігінде үлкен рөл атқарады.

~ 152 ~

Нүктелік ақаудан басқада ақаулар кездеседі, олар кейбір сызықтарға жақын жерге жинақталады (топталып жиналады). Ал сызықты-монокристалл шекарасында тегіс ақауларкездеседі. Ал фазаның қосылу кезінде кеңістіктік (көлемдік) ақаулар кездеседі.

Қазіргі кезде қатты дене физикасын зерттеу жұмыстарында кристалдың ақауларына көп көңіл бөледі. Өйткені ақаулар əсері кристалдың барлық қасиеттеріне əсер етеді, мысалы:

– қоспалы жартылай өткізгіштің концентрация тасымалдау-шысымен типтері;

– төменгі температурадағы тасымалдаушының қозғалғыш-тығы;

– генерация процесіндегі, тасымалдаушының жабысу жəне рекомбинациясы;

– əсіресе, төменгі температурадағы кристалдық тордың жылу өткізгіштігі;

– диффузия процесі жəне иондық өткізгіштіктері;

– механикалық қасиеттері;

– шығу жұмысы;

– сəулелену кезіндегі əсерлесу т.б.

Егер еркін кристалл суыту жолымен кристалданса, онда суытудың бірінші моментінде кристалдың ақау саны балқу температурасына сəйкес өте үлкен болады, одан əрі суытуды жалғастырсақ ақауы суыту жылдамдығына байланысты болады.