Parakristallinitet

Inom materialvetenskap definieras parakristallina material som att ha kort- och medellång räckviddsordning i sitt gitter (liknande de flytande kristallfaserna) men saknar kristallliknande långdistansordning i åtminstone en riktning .

Ursprung och definition

Orden "parakristallinitet" och "parakristall" myntades av den avlidne Friedrich Rinne år 1933. Deras tyska motsvarigheter, t.ex. "Parakristall", fanns i tryck ett år tidigare. En allmän teori om parakristaller har formulerats i en grundläggande lärobok, och sedan vidareutvecklats/förfinats av olika författare.

Rolf Hosemanns definition av en ideal parakristall är: "Elektrondensitetsfördelningen för något material är likvärdig med den för en parakristall när det för varje byggsten finns en idealpunkt så att avståndsstatistiken till andra idealpunkter är identisk för alla dessa punkter. Elektronkonfigurationen för varje byggsten runt sin idealpunkt är statistiskt oberoende av dess motsvarighet i angränsande byggstenar. En byggsten motsvarar då materialinnehållet i en cell i detta "suddiga" rymdgitter, som ska beaktas en parakristall."

Teori

Ordning är den regelbundenhet i vilken atomer uppträder i ett förutsägbart gitter, mätt från en punkt. I ett högordnat, perfekt kristallint material, eller enkristall , kan platsen för varje atom i strukturen beskrivas exakt mätt från ett enda ursprung. Omvänt, i en oordnad struktur som en flytande eller amorft fast substans , kan platsen för de närmaste och kanske näst närmaste grannarna beskrivas från ett ursprung (med viss grad av osäkerhet) och förmågan att förutsäga platser minskar snabbt därifrån ut. Avståndet vid vilket atomlägen kan förutsägas kallas korrelationslängden ξ $\displaystyle \xi$ } . Ett parakristallint material uppvisar en korrelation någonstans mellan det helt amorfa och helt kristallina.

Den primära, mest tillgängliga källan till kristallinitetsinformation är röntgendiffraktion och kryoelektronmikroskopi , även om andra tekniker kan behövas för att observera den komplexa strukturen hos parakristallina material, såsom fluktuationselektronmikroskopi i kombination med densitet av tillståndsmodellering av elektroniska och vibrationstillstånd. Scanningstransmissionselektronmikroskopi kan ge verklig rymd och ömsesidig rymdkarakterisering av parakristallinitet i nanoskala material, såsom kvantprickfasta ämnen.

Spridningen av röntgenstrålar, neutroner och elektroner på parakristaller beskrivs kvantitativt av teorierna om den ideala och verkliga parakristallen.

Numeriska skillnader i analyser av diffraktionsexperiment på basis av någon av dessa två teorier om parakristallinitet kan ofta försummas.

Precis som ideala kristaller sträcker sig ideala parakristaller teoretiskt till oändligheten. Verkliga parakristaller, å andra sidan, följer den empiriska α*-lagen, som begränsar deras storlek. Den storleken är också indirekt proportionell mot komponenterna i tensorn för den parakristallina distorsionen. Större fasta tillståndsaggregat är sedan sammansatta av mikro-parakristaller.

Ansökningar

Parakristallmodellen har varit användbar, till exempel för att beskriva tillståndet för delvis amorfa halvledarmaterial efter avsättning. Det har också framgångsrikt tillämpats på syntetiska polymerer, flytande kristaller, biopolymerer, kvantprickfasta ämnen och biomembran.

Se även