“Аморфты материалдар” лекциялары курсы

   Аморфтық заттар  дисперсттік және компакттік  форма түрінде келеді. Дисперсттік  форма ұнтақ түрінде де, және  пленка түрінде де келеді. Аморфтық  ұнтақ деп, мысалы, қызыл фосфор, куйі және тағы басқа қарапайым  және күрделі заттар. Көптеген элементарлық шала өткізгіштер, кремний сияқты , германий, сұр мышьяк, сурьма, бор, сонымен қатар екілік шала өткізгіштің AIIIBV    типі және одан күрделіліері бұны аморфтық ұнтақтар ретінде де және аморфтық пленка ретінде де немесе басқа жолымен да алуға болады. Сонғы жылдарда амоф күйдегі көптеген металлдар және олардың балқытулары жоғары суыту әдісімен алынады. Жіңішке ұнтақ түріндегі дисперсттік аморфтық күйі немесе аморфтық пленкасының заты бөлек агрегаттардан тұрады, реттеу мен құрылысы жоқ.Бұндай агрегаттар арасындағы химиялық байланыс болмайды, мысалы поликристалл немесе ұнтақкристалл ұнтақтары сияқты. Бірақ кристаллды ұнтақ ұсақ аморфтық кристалға қарағанда өзінің анықталғанбалқыту температурасы болады, көп жағдайда жұмсартылған куйге өтуі, содан кейін анықталған интервал температурада балқытылған куйі.

    4.2 Кристаллдық  емес жүйе түрлері 

Көбісі қолдағандары , яғни ретттелмеген жүйелердің физикалық теориясының негізіі танымалы Н. Мотта , Дж. Займана, В.Л. Бонч Бруевич жұмыстарында бар. Осы ғалымдардың көзқарасы  онша ретсіз жүйе топологиясы көбінесе классикалық болады және тек ғылыми әдебиеттен басқа, оқулық әдебиетте кең қолданылады.

  Ерекшелігіне көңіл  аударсақ, макроскопиялық жүйе бөлшекті  ретсіз деп аталады, бұл болады егер де бөлшектердің орналасуына алшақтағы рет болмаса (жақындағы рет сақталады). Бұл жүйенің қарапайымы мысалы газ болып табылады. Болашақта бізді конденсерленген дене ғана қызықты болады. Бұныме қоса, осы анықтамадан идеалдық реттелген жүйе минимум екі түрі болады: идеалдық кристалл және идеалдық вакуум. Осы себептен, бұл анықтама шекті көлемге ие болады және біз ретсіз жүйенің түрін барлық жерде таба аламыз, бірақ жаңа айтылған идеалды кристалл және вакуум кірмейді.

    Біз білетінде  заряд тасымалдайтын потенциалдық энергия атомдарада  орналасқан және атомның аумақтық жазығында координталардың периодттық функциясы  болып табылады. Алшақтағы реттің бұзылуы бұл периодтық бұзылуына алып келеді. Анықтама нұсқаларынан келесі әділетті болу керек: реттсіз деп конденсерленген макроскопиялық жүйе , бұнда потенциал энергия заряд тасымалдауларында реттсіз координаталар функциялар бар.

   Осылай, егер біз  конденсерленген реттсіз жүйелерді  талқыласақ, нақтырақ олардың құрамын  және ең алдымен электрофизикалық  қасиеттері қарастырылады.

    Қатты жүйде  шыдайтын модель ол шашарау  электроны және қозғалыс шашырату  жүйедегі ретсіз атом орналасуы  арқылы орындалатын фон ескерілмейді  мұндай жол бола алады, егер  сұйық металлы мен ерікті тасымалдаушы  қозғалысы болса. Электронның қоғзғалысы реттсіз қатты балқытуда болса, міне осыны да айтуға болады, онда энергияны ескермеуге болады. Электрон шашырауы кезінде ол атомға берілуі мүмкін .

      Электрондарадың  потенциалдық энергиясының мерзімділігі  реттсіз жүйе фактінен қалса  міне осыған көңіл аударайық, онда біз еріксіз ауытқу мағынасына көңіл бөлеміз. Дәл осы ауытқу мағынасы жиі қарастырылады , ал кейде класстарға бөлінген реттсіз жүйе бөлінуі жасырынды қолданылады. Мысалы, монокристаллдық шала өткізгішті және концнетрациясы кішкене 102О см-3 болатын атомдар металы реттелмеген система болуы мүмкін. Бұнда тек идеалды түрден ауытқуын ғана әңгімелеуге болады. Априорлық критериялар бойынша кішкене ауытқулар заряд тасушылардың энергиясының өзгеруіне әкеп соқтырады, алшақ реттің бұзылуына байланысты. Металдарда орташа энергия реттелген энергия ЕF , шалаөткізгіштіктерде жақын мән ΔЕ. ӘринеΔЕ мәні электрон мен зарядталған атом орналасқан байланысы, оның концентрациясының азаюынан жойылады, және осыдан біз концентрация бар екенін көре аламыз, мынадай болғанда

                              

                                                  ΔЕ << EF                                            (4.1)

                                                  ΔE << kT                                            (4.2)

Осыдан (4.1) және (4.2) теңсіздіктер орындалса знегетикалық спектірдің бос злектрондары мен бос орындарға бұзылған алшақ реттің әсерінің орындалмайтындығын қамтамсыз етуге болады. Осыдан реттелген конденсирленген жүйені таңдау керек екенін көреміз

 

Әсіресе бұған жататын

1. Сұйық. Мұнда бұзылған алшақ рет атом мен молекуланың жылулық қозғалысы болады. Жылулық қозғалыс өзінің қасиеті болғандықтан, алшақ реттің болмауы екі талай, сондықтан статикалық моделі қолданылуы мүмкін.
2. Аморфтық және әйнек тәрізді заттар. Алшақ реттің бұзылуы мұндай жүйеде болмауы мүмкін емес. Бұнда жақын реттіні нақты көрсетуге болмайды, ереже бойынша, бұндай структура толық спекрт болады. Сұйықтағыдай бұлар статикалық түрде анықталады.
3. Қатты легирленген шалаөткізгіштіктер. Алшақ реттің бұзылуы атом қоспасының дұрыс орналасуына байланысты, үлкен концентрация критериялардың орындалуын істей алмайды   (4.2).
4. Шалаөткізгіш беті (егер монокристалды көлем болса да). Алшақ реттің бұзылуы бұнда беттің деефекісінің болуынан болады, және онда басқа заттардың адсорбсаланған атомдарының ретсіз орнасауы.
5. Ретсіз шалаөткізгішт іктер және металдық қорытпа. Бұнда алшақ реттің бұзылуына себепші, әрине кристалдық атомдық тордағы елеусіздіктен. Бұл фактілерді ықтималдықпен шешуге болады, яғни статикалық жолдармен.
6. Кристалдар, элементарлық ұяшықтар да үлкен орын болады, атомға қарағанда. Бұнда алшақ реттің бұзылуы кристадық тордағы атомдарға байланысты. Бұнда заряд тасымалдаушылардың потенциал энергисы функцияның кездейсоқ координаты болады.

 

 

5- дәріс (жалғасы)

 П.П.Көбеко  Ф.Тамма Я.И.Френкельнiң классикалық жұмыстары келтiрiлген анықтауларында не ескеруге қалай болғанда да алдыңғы айырмашылығы болуға неге келесi анықтауларының әрбiрi не әрине, тағы басқалар, дегенмен асты сызылуы керек онда ендi шығады келтiрiлген ортақтан, не деп ойлайды жеке маман тәуелдi анықтауларды орынды алып келуге екiталай. Бiрiншiден, екi стандарт, дәл осылай сонымен қатар жеке авторлар, көп аморфног ортақ ұғымға қарағанда бөлiндiмен бiрдеңе шыныларды санайды күйлер, және, екiншiден, шынының пайда болуы заттың балқуы және оның балқытпасынан бөлуге болмайды. Жағдайдың тап солдары конструктивтi талқылауы керек, қай айырмашылықтың басқасын, әрине, шынысының әр түрлi анықтауларында бар болады әрдайым себептердiң не бiрлерi арқасынданы кез келген анықтау өте осал жерi.

Барлық емес зерттеушiлер шыны тәрiздiге қарағанда аморфты күй ортағырақ ұғым аморфты күй сол мақұлдайтында атап өтуi керек.Жеке алғанда тән болатында әдiл танылады шынының қасиетi оның бастапқы шыны баптардың орындалуында қайта алуға болған ерiтiлмелi күйiне аударманың мүмкiндiгi болып табылады, және аморфты қабыршақтар бұл мақұлдау мүмкiн заттардың реттелген емес күйi бiреу бөлiндi сияқты шыны тұр заттардың күйiн олардың әсiресе ерекше түрiмен мақұлдау мүмкiн қасиеттермен ие болмайтында санай.Сайып келгенделер, шыны тәрiздi және аморфты күйдiң аралығында мән, қарсы қою бойынша жақындықтың деңгейi туралы тезистерде салады балқытпаға бұл күйлерi, яғни сұйықтарға. Және шынының пайдасына қорытынды жаса сонымен бiргелер. Шыныда тек қана өте суытылған сұйықтың қасиетi ойлайтын мәселеге негiзiнендер, бұл дәстүрлi көзқарас.

    Бұл таптаурынның  нақтылы моментiне дейiн бол  жемiстi, дегенмен ендiгәрi сұйықтың  қасиетiн пайдалы ықыласпенiрек  қарап шығуға болды. Сұйық - термодинамиялық тепе-теңдiк конденсациялалған реттелген емес жүйелердiң iс жүзiнде жалғыз түрi.

Мүлде қабiлеттi емес релаксацияға болғандықтаннан, термодинамиялық тепе-теңдiлiк, өз кезегiнде, бұл қасиет бойынша нүктелiк мiндердiң термодинамиялық тепе-теңдiк мазмұнымен кристаллдары мағына релаксация процесстерiнiң жаттығу жоқтығы, және бұл ойлайды сұйықтарға жақын. Айтарлықтай кеңiрек, және ретiнденiң сұйықтың ұғымы сонымен бiргелер классикалық бұл рет бойынша Берналдың пiкiрi келтiруге болады : «Сұйық бұл кристалды облыстарда болмайтын молекулалардың қауымдастығы, онда ( ) мұндай оларда алар е басқа молекулаларды таратып салып қоятын өлшемнiң қуыстарын болмайды, (гомоген, D ) ( ) - когереттi, (Е ) - бейреттi (F ) және - ағыны.

Егер зат күйлердiң арасындағы болуы мүмкiн өзара байланыстар келтiрiлген 5.7-шi сурет схеманы қарап шықса, бұл анықтауды түсiну оңайланады.

 

5.7-шi сурет. Схема зат әр  түрлi күйлердiң арасындағы өзара  байланыстар болуы мүмкiн :

1 - өте суытылған сұйық,

2 - өте ысытылған кристалл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Жүйелi облысты тек қана кристаллды белгiмен шағылысатын анық болып қалыптасады, барлық өңге күйлер жүйесiз, яғни күйдiң белгiсiз бөлiндiлерi сұйық және шынылар қосатында аморфты және.

Басқа күйлерi бар сұйық жалғастыратын бұдан әрi барлық сызықтар сол сұйық басқа күйлерге осығандарды өткелде қасиеттер бiр немесе бiрнеше аталған жоғары жоғалтатын айғақтарды бiр уақытта асты сызылады. Мысалға кризистiк нүкте ағыны сұйықтық орта сонымен бiрге гомомаған газы шектi гомомаған бұл облыс болып қалыптасатында көрсетемiз. Бұл облыстар суретте сол жағында көрсетiлген. Газ жиiректiң сонымен бiргелерi гомоген орталарын сияқты анықтайды, және де жергiлiктi молекулалық тығыздық тiптi алажаулы және бұл бiртектi еместiк болып табылады дұрыс түсiнуге облыстардың газымен басқа шектi мүмкiндiк туғызады. Газдар шындығында, әдетте байланыспаған молекулалардан, молекулалық ассоциаттарды бiрақ егерделер тұрады немесе коллоид бөлшектерiнiң бiлiмi бар екi немесе үш молекулаларының бiрiктiруiнде пара болады. Бөлшектердiң жүздiктерiнен молекулалық ассоциаттары және iшкiрек құрылым үшiн сұйық немесе қатты зат сияқты қарала алады, және де 102104 дана атомдар немесе сандағы молекула аралық ерекше күйлердi құрастырады. Бұл объекттер кластерлермен, ультрачастицами, ультрадисперс ұнтақтарымен деп аталады. Мән бойынша бұл күйлер өз елестеткен шалағай жiктермен негiзiндеген, олардың iшкi облыстары кристалдана аладуға кейде тiптi болмасайды. Бұл күйлермен және газды немесе бумен фаза алынатын нәзiк аморфты қабыршақтардың арасындағы сөзсiз байланыс бар болады. (D ) сұйықтың когереттiлiгiн қасиет көрнектi немесе ренткен шығаруын физикадағы когереттiлiк оған қоса, ненi бiлдiредi. Газды және майда кристалды ассоциаттарды жағдайда қалай дәл осылайлар, сұйық туралы онда деп айт мүмкiн емес ең жақын көршiлермен, басқаша айтқандалардың арасындағы позициялы өзара байланысты толық болмайды, жақын рет орын ал.

 Сұйықтар және қатты  затты жағдайда қыздыру аумалы  күйлерiн екi түр бар бола алады - өте суытылған сұйық және  өте ысытылған қатты фаза. Өте  суытылған сұйықтың температуралары бiртiндеп төмендеуде құрайтын оның бөлшектерiнiң қунақылығы төмендейдi және тұтқырлық өседi.

Тұтқырлықтың өлшемiнiң жоғары тән замандары өте суытылған сұйықтың құрылымының релаксациясының уақытын нақтылы температураның жанында жинап келгенделер өйткенi.

Бұл температураны шынылауды температураны және әдетте оларға сияқты анықтайды сияқты 1013 Пздiң тұтқырлығының табысына сәйкес келедi (- 3 ) реттiң релаксациясының мерзiмiне 104 жауап бередi. Сайып келгенделер, температуралардың аласалаулардың жанында қыздыру тұрақты-шыны тәрiздi күйдi жүзеге асырылады. Асты сызылуы керек, күй мынау не сұйықтықтың ( )-шы Е ) белгiлерiне толық сәйкес келедi. Бұл күйлер (аққыштық ) Fтың белгiсiнiң болмағандықтандары дегенмен тиiстi қатты фазаға санауы керек.

Болды ендi ұлы және негiзiнен пунктир сызық оңнан солға шектелген облысы не 5.7-шi сурет қайтарыла көрсетуi керек қатты затқа жауап бередi. Бiздер қалай көз жеткiздiк, кристалды күйге жат тек қана бұл облыстың ептеген бөлiмшесi, яғни нақты қатты заттарды басым көпшiлiк аморфты, шыныға жаттың олардың iшiнендерiн бөлiк. Сонымен бiргелер, аморфты күйдi анықтауды шыныдан айырмашылыққа Айырбасқа шынының аталған қасиеттерi ендi жиынға қарағанда нақты көрсете алатыны анық. Бұл екiұштылықтар аморфты күйдi ұғымның үлкен күрделiлiгiнiң табиғи салдары болып табылады.

Егер ұғым аморфты күй жағымсыз сипаттауға талаптанса, онда келесi айтуға болады. Күй аморфты қатты - бұл тамаша газбен, сұйықпен және кристалды қатты затпен дәл келмейтiн күй.

Егер олар дамыған бетпен ұнтақталған газды фазалардан конденсация жолымен алынса, егер e балқытпаны өте суытуды го жолымен алынса, бұл күйлер шынының түрiнде iске асырыла алады, нәзiк реттелген емес қабыршақтардың түрiнде, кристалды қатты затты дисперсиялаудың ультрадисперс арқаларында түрiнде. Аморфты күйдiң барлық аталған түрлерi термодинамиялық көзқарастармен релаксация процесстерiнiң күйлердiң бұлары мүмкiндiкке себепшi болған тепе-тең күймен салыстырғанда тек қана еркiн энергияны молдықты бiрлестiредi.

 

 

10

автор оны аралық балқытпаларды қатарға сұйық жартылай өткiзгiштермен көрiнетiн бинарлық балқытпалардың физикалық қасиеттерiн талдауға арналған молекулалық байланыстардың әдiсiнiң бiртiндеп қолдануында қолданатын М.Катлераның монографиясында сонымен бiрге естiлдi.

Бiр жағынан, олар тамаша топологиялық тәртiпсiздiкпен, шыныға қарағанда көбiнесенi өзiндiк оларға ие болатындығы, басқа жағынан - тән шыны айырылған iшкi термодинамиялық тұрақтылықтың балқытпалары үшiннен, әр-түрлi себептермендердi сұйық жартылай өткiзгiштер реттелген емес құрылымдардың қасиеттерiнiң зерттеуге арналған өте қолайлы объекттер болып табылғанда көрсетуi керек. Сайып келгенделер, шыны және алаң болмаларды мүмкiн балқытпаны сөз жоқ тектiк жақындықты айтып тұрға нақ солдарды бiздер мүмкiн шынының табиғатының түсiнуiне балқытпаны физикалық қасиет үйрене жақындатыламыз. Егер қасиеттер туралы сөз бол болса, анық, жағдай тек қаналар бұл бекiтулер әдiл, фазаға Жидкадағы атом және молекулалық бөлшектердiң сезгiштiгi төмен биiк қунақылықтарына. Мұндай қасиеттерге жатуы керек, ең алдыменмен, мiнез-құлық анықталатын электрондық iшкi жүйелердiң параметрлерi. Зерттеулердiң басқа жағынандар, көп нәтижелерiн өте жаңадан өндiрiлетiн жартылай өткiзгiш қасиеттермен қаныққан коваленттiк байланысты негiзде жақсы белгiленетiн молекулалық бөлшектерге жатқыз шығатын болды ендi тұрақты, қыздыру орнықты көп атомды бiлiмдерi, жиi сызықты және шынжырлы түрлер жасалатын балқытпаларға ие болатында есiне салады. Көпшiлiктен қапылыста емес сұйық жартылай өткiзгiштердiң осыған байланыстыларын халькогенамға, немесе халькогенидке де жатады