Parakrystaliczność

W materiałoznawstwie materiały parakrystaliczne definiuje się jako mające uporządkowanie w sieci krótkiego i średniego zasięgu (podobnie jak fazy ciekłokrystaliczne ), ale pozbawione krystalicznego uporządkowania dalekiego zasięgu przynajmniej w jednym kierunku .

Pochodzenie i definicja

Słowa "parakrystaliczność" i "parakryształ" ukuł nieżyjący już Friedrich Rinne w roku 1933. Ich niemieckie odpowiedniki, np. "Parakristall", ukazały się drukiem rok wcześniej. Ogólna teoria parakryształów została sformułowana w podstawowym podręczniku, a następnie dalej rozwijana/udoskonalana przez różnych autorów.

Definicja idealnego parakryształu podana przez Rolfa Hosemanna brzmi: „Rozkład gęstości elektronowej dowolnego materiału jest równoważny rozkładowi gęstości parakryształu, gdy dla każdego elementu konstrukcyjnego istnieje jeden punkt idealny, tak że statystyki odległości do innych punktów idealnych są identyczne dla wszystkich te punkty. Konfiguracja elektronowa każdego bloku budulcowego wokół jego idealnego punktu jest statystycznie niezależna od jego odpowiednika w sąsiednich blokach budulcowych. Blok budulcowy odpowiada zatem materialnej zawartości komórki tej „rozmytej" sieci przestrzennej, co należy wziąć pod uwagę parakryształ”.

Teoria

Uporządkowanie to regularność, z jaką atomy pojawiają się w przewidywalnej siatce, mierzonej z jednego punktu. W wysoce uporządkowanym, doskonale krystalicznym materiale, czyli pojedynczym krysztale , położenie każdego atomu w strukturze można opisać dokładnie od jednego punktu początkowego. I odwrotnie, w nieuporządkowanej strukturze, takiej jak ciecz lub amorficzne ciało stałe , lokalizację najbliższych i być może drugich najbliższych sąsiadów można opisać na podstawie pochodzenia (z pewnym stopniem niepewności), a zdolność przewidywania lokalizacji gwałtownie spada stamtąd. $,$ z jakiej można przewidzieć położenie atomów, nazywana jest długością korelacji . Materiał parakrystaliczny wykazuje korelację gdzieś pomiędzy całkowicie amorficznym a całkowicie krystalicznym.

Podstawowym, najbardziej dostępnym źródłem informacji o krystaliczności jest dyfrakcja rentgenowska i mikroskopia krioelektronowa , chociaż do obserwacji złożonej struktury materiałów parakrystalicznych mogą być potrzebne inne techniki, takie jak fluktuacyjna mikroskopia elektronowa w połączeniu z modelowaniem gęstości stanów elektronowych i stany wibracyjne. Skaningowa transmisyjna mikroskopia elektronowa może zapewnić charakterystykę parakrystaliczności w przestrzeni rzeczywistej i przestrzeni odwrotnej w materiale w nanoskali, takim jak ciała stałe z kropkami kwantowymi .

Rozpraszanie promieni rentgenowskich, neutronów i elektronów na parakryształach jest ilościowo opisywane przez teorie idealnego i rzeczywistego parakryształu.

Różnice liczbowe w analizach eksperymentów dyfrakcyjnych na podstawie którejkolwiek z tych dwóch teorii parakrystaliczności można często pominąć.

Podobnie jak idealne kryształy, idealne parakryształy rozciągają się teoretycznie do nieskończoności. Z drugiej strony prawdziwe parakryształy podlegają empirycznemu prawu α*, które ogranicza ich rozmiar. Wielkość ta jest również pośrednio proporcjonalna do składowych tensora zniekształcenia parakrystalicznego. Większe agregaty stanu stałego składają się następnie z mikro-parakryształów.

Aplikacje

Model parakrystaliczny był przydatny na przykład do opisu stanu częściowo amorficznych materiałów półprzewodnikowych po osadzeniu. Z powodzeniem zastosowano go również do polimerów syntetycznych, ciekłych kryształów, biopolimerów, ciał stałych z kropek kwantowych i biomembran.

Zobacz też