Фізичні передумови утворення дефектів

Уже в початковий період тріумфального розвитку кристалографії, коли вчені всього світу одну за одною розшифровували всі нові й нові атомні структури кристалів, у фізиків стали виникати серйозні питання до нової теорії. Якщо атомна структура насправді така, як її описують дослідники, то яким чином реалізуються такі фундаментальні фізичні процеси в кристалах, як дифузія й іонна електропровідність? Адже реалізація цих фізичних процесів у кристалах з ідеальною кристалічною структурою малоймовірна, у той час як реальність цих процесів не викликає сумнівів.

Серйозні проблеми виникли також із трактуванням механічних властивостей кристалів. Оскільки теоретична оцінка механічної міцності іонних кристалів не викликає більших труднощів (розрахунки базуються на обліку сил кулонівської електростатичної взаємодії), то проведене порівняння теорії з експериментом виявило між ними разюча розбіжність. Дійсно, реальна міцність кристалів виявилася нижче теоретичної в багато тисяч разів.

З метою розв’язання цієї наукової проблеми видатний вітчизняний фізик, академік А.Ф. Іоффе в 20-х роках XX століття поставив серію спеціальних експериментів з вивчення міцності кристалів хлориду натрію NaСl. Він припустив, що причина розбіжність теорії з експериментом пов'язана з методикою приготування зразків для механічних випробувань: зразки циліндричної форми, виготовлені на звичайних токарських верстатах, мають ушкоджений поверхневий шар з безліччю мікротріщин, які відіграють роль надрізів, що приводить до формального зниження обмірюваної міцності кристала.

У дослідах А.Ф. Іоффе поверхневий шар кристалічних зразків видаляли (за допомогою часткового розчинення зразків у воді), що дозволило істотно підвищити експериментальні значення межі міцності кристалів. Однак нова методика підготовки зразків не усунула зазначеного протиріччя між теорією й експериментом: міцність вдалося підняти приблизно на один порядок. Отже, основну причину зазначеного протиріччя розкрити за допомогою цих експериментів не вдалося.

Однак невдача з ідеєю ушкодженого поверхневого шару випробуваних зразків змусила академіка шукати нові шляхи до вирішення однієї з найгостріших проблем фізики твердого тіла. Свою нову ідею він взяв з життєвого досвіду (це був дуже тяжкий час початку 20-х років XX в.): якщо випрана білизна може висохнути на морозі, то чому атоми в кристалі не можуть «випаровуватися» у міжвузловий простір зі своїх стандартних положень у вузлах кристалічної структури. У результаті такого переходу з'являються й міжвузлові атоми, і покинуті ними вузли - вакансії, які можуть забезпечувати й дифузію у кристалах, і їхня електропровідність, переміщаючись у кристалі під впливом градієнтів концентрацій й електричних полів.

Цього разу ідея А.Ф. Іоффе одержала блискуче експериментальне підтвердження у працях з дослідження електропровідності іонних кристалів, які були виконані вітчизняним академіком Я.І. Френкелем (1926 р.).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: