ДЕФЕ́КТЫ

ДЕФЕ́КТЫ в кри­стал­лах, ус­той­чи­вые на­ру­ше­ния пра­виль­но­го рас­по­ло­же­ния ато­мов, ио­нов или мо­ле­кул в уз­лах кри­стал­лич. ре­шёт­ки. Д. об­ра­зу­ют­ся в про­цес­се рос­та кри­стал­ла из рас­пла­ва или рас­тво­ра, при вве­де­нии при­ме­сей, под влия­ни­ем внеш­них воз­дей­ст­вий: те­п­ло­вых, ме­ха­ни­че­ских и элек­три­че­ских, при об­лу­че­нии ней­тро­на­ми, элек­тро­на­ми, рент­ге­нов­ски­ми и УФ-лу­ча­ми (см. Ра­диа­ци­он­ные де­фек­ты). Д. мо­гут быть ли­бо ато­мар­но­го мас­шта­ба, ли­бо мак­ро­ско­пич. раз­ме­ров.

Клас­си­фи­ка­ция де­фек­тов ос­но­ва­на на чис­ле про­стран­ст­вен­ных из­ме­ре­ний, в ко­то­рых раз­ме­ры де­фект­но­го уча­ст­ка (яд­ра Д.) зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ют меж­атом­ное рас­стоя­ние $a$. Ес­ли все раз­ме­ры Д. срав­ни­мы с $a$, то Д. на­зы­ва­ют­ся нуль­мер­ны­ми или то­чеч­ны­ми. Это наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный тип Д. К то­чеч­ным Д. от­но­сят­ся ва­кан­сии, при­мес­ные ато­мы (чу­же­род­ные ато­мы или ио­ны, за­ме­щаю­щие осн. час­ти­цы, об­ра­зую­щие кри­сталл, ли­бо вне­дряю­щие­ся ме­ж­ду ни­ми) и ме­жу­зель­ные ато­мы (собств. ато­мы или ио­ны, сме­стив­шие­ся из сво­их нор­маль­ных по­ло­же­ний). То­чеч­ны­ми Д. так­же яв­ля­ют­ся цен­тры ок­ра­ски (ком­би­на­ции ва­кан­сий с элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти или дыр­ка­ми). В ион­ных кри­стал­лах то­чеч­ные Д. воз­ни­ка­ют па­ра­ми. Две ва­кан­сии про­ти­во­по­лож­но­го зна­ка об­ра­зу­ют т. н. де­фект Шотт­ки. Па­ра, со­стоя­щая из ме­жу­зель­но­го ио­на и ос­тав­лен­ной им ва­кан­сии, на­зы­ва­ет­ся де­фек­то­ном Френ­ке­ля. В лю­бом кри­стал­ле при темп-ре, от­лич­ной от 0 К, су­ще­ст­ву­ет не­ко­то­рая тер­мо­ди­на­ми­че­ски рав­но­вес­ная кон­цен­тра­ция то­чеч­ных Д., ко­то­рую мож­но из­ме­нять, напр., до­пи­ро­ва­ни­ем, т. е. вве­де­ни­ем в ре­шёт­ку иона с за­ря­дом, от­лич­ным от за­ря­да за­ме­щае­мо­го ио­на. То­гда, со­глас­но прин­ци­пу элек­тро­ней­траль­но­сти, в ре­шёт­ке долж­но об­ра­зо­вать­ся до­пол­нит. чис­ло ва­кан­сий или меж­узель­ных ио­нов для ком­пен­са­ции из­бы­точ­но­го ло­каль­но­го за­ря­да при­ме­си. В за­ви­си­мо­сти от ви­да и кон­цен­тра­ции то­чеч­ные Д. мо­гут су­ще­ст­вен­но вли­ять на элек­трические, маг­нит­ные и оп­тические свой­ст­ва кри­стал­лов, а из­ме­не­ние их кон­цен­тра­ции по­зво­ля­ет управ­лять эти­ми свой­ст­ва­ми и соз­да­вать ма­те­риа­лы с за­дан­ны­ми свой­ст­ва­ми для мик­ро­элек­тро­ни­ки, ла­зер­ной тех­ни­ки и др.

Од­но­мер­ные, или ли­ней­ные, Д. – это на­ру­ше­ния в струк­ту­ре кри­стал­ла, ма­лые в двух из­ме­ре­ни­ях, но срав­ни­тель­но про­тя­жён­ные в треть­ем. Ли­ней­ны­ми Д. яв­ля­ют­ся це­поч­ки то­чеч­ных Д. и дис­ло­ка­ции. Как ли­ней­ные Д. так­же рас­смат­ри­ва­ют­ся дис­кли­на­ции – про­тя­жён­ные Д., воз­ни­каю­щие в ре­зуль­та­те на­ру­ше­ния сим­мет­рии век­тор­но­го по­ля в сре­дах, об­ла­даю­щих упо­ря­до­че­ни­ем не­ко­то­ро­го ак­си­аль­но­го век­то­ра, напр. век­то­ра ди­рек­то­ра в жид­ких кри­стал­лах, век­то­ра ан­ти­фер­ро­маг­не­тиз­ма в ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках.

Дву­мер­ны­ми, или по­верх­но­ст­ны­ми, Д. яв­ля­ют­ся де­фек­ты упа­ков­ки, гра­ни­цы двой­ни­ков (см. Двой­ни­ко­ва­ние), гра­ни­цы маг­нит­ных или сег­не­то­элек­трич. до­ме­нов (см. До­ме­ны), гра­ни­цы зё­рен в по­ли­кри­стал­лич. ма­те­риа­лах, меж­фаз­ные гра­ни­цы в спла­вах, са­ма по­верх­ность кри­стал­ла.

Трёх­мер­ны­ми, или объ­ём­ны­ми, Д. яв­ля­ют­ся по­ры, тре­щи­ны, вклю­че­ния др. фаз, тет­ра­эд­ры из де­фек­тов упа­ков­ки. Об­ра­зу­ют­ся, как пра­ви­ло, в кри­стал­лах, по­лу­чен­ных в не­рав­но­вес­ных ус­ло­ви­ях. Объ­ём­ные Д. обыч­но ухуд­ша­ют свой­ст­ва кри­стал­лов, од­на­ко в ря­де слу­ча­ев та­кие Д. спе­ци­аль­но соз­да­ют в по­ли­кри­стал­лич. ма­те­риа­лах для пре­дот­вра­ще­ния их рек­ри­стал­ли­за­ции.

Д. влия­ют прак­ти­че­ски на все свой­ст­ва кри­стал­лов. В зна­чит. сте­пе­ни ими оп­ре­де­ля­ют­ся т. н. струк­тур­но-чув­ст­ви­тель­ные свой­ст­ва: диф­фу­зи­он­ные яв­ле­ния (дви­же­ние то­чеч­ных Д.), проч­ность и пла­стич­ность (за­ро­ж­де­ние, взаи­мо­дей­ст­вие и ан­ни­ги­ля­ция дис­ло­ка­ций, дис­кли­на­ций и то­чеч­ных Д.), раз­ру­ше­ние (за­ро­ж­де­ние и рост тре­щин при объ­е­ди­не­нии дис­ло­ка­ций), рек­ри­стал­ли­за­ция, двой­ни­ко­ва­ние, фа­зо­вые пре­вра­ще­ния (дви­же­ние то­чеч­ных Д., меж­зё­рен­ных и меж­фаз­ных гра­ниц), ра­диа­ци­он­ные яв­ле­ния (из­ме­не­ния свойств кри­стал­лов под дей­ст­ви­ем вы­со­ко­энер­ге­тич. час­тиц, соз­даю­щих то­чеч­ные и ли­ней­ные Д.), элек­трич., оп­тич. и др. свой­ст­ва, обу­слов­лен­ные взаи­мо­дей­ст­ви­ем но­си­те­лей за­ря­да с де­фек­та­ми.

Атом­ная струк­ту­ра ядер дис­ло­ка­ций, то­чеч­ных и по­верх­но­ст­ных Д. на­блю­да­ет­ся с по­мо­щью ав­то­ион­но­го мик­ро­ско­па (см. Ион­ный про­ек­тор), ме­то­да­ми элек­трон­ной мик­ро­ско­пии пря­мо­го раз­ре­ше­ния и др. Ди­фрак­ци­он­ные ме­то­ды (элек­тро­но­гра­фия, рент­ге­нов­ский струк­тур­ный ана­лиз, струк­тур­ная ней­тро­но­гра­фия, тун­нель­ная и си­ло­вая мик­ро­ско­пия) ис­поль­зу­ют­ся для оп­ре­де­ле­ния атом­ных кон­фи­гу­ра­ций Д., их объ­ём­ной плот­но­сти и ха­рак­те­ра рас­пре­де­ле­ния в объ­ё­ме кри­стал­ла; для ус­та­нов­ле­ния уп­ру­гих по­лей Д. и их кри­стал­ло­гео­мет­рич. ха­рак­те­ри­стик.