CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU

PHÁƯN : CÅ SÅÍ VÁÛT LIÃÛU HC CHỈÅNG : CÁÚU TRỤC TINH THÃØ CA VÁÛT LIÃÛU 1.1.CÁÚU TẢO NGUYN Tặ VAè CAẽC LOAI LIN KT IỉN HầNH TRONG CHT RếN : 1.1.1.Mọ hỗnh cỏỳu taỷo nguyón tổớ : Ngun tỉí l mäüt hãû thäúng bao gäưm hảt nhán mang âiãûn dỉång v cạc âiãûn tỉí mang âiãûn ám chuøn âäüng xung quanh Hảt nhán ngun tỉí cáúu tảo båíi cạc präton v nåtron Präton mang âiãûn dỉång cọ âiãûn têch bàịng âiãûn têch ca âiãûn tỉí, nåtron khäng mang õióỷn Trong traỷng thaùi bỗnh thổồỡng nguyón tổớ trung hoỡa õióỷn vỗ sọỳ lổồỹng prọton bũng sọỳ lổồỹng õióỷn tỉí Säú ny âỉåüc âàûc trỉng bàịng säú thỉï tỉû (Z) bng tưn hon Menâãlãẹp Khäúi lỉåüng ngun tỉí bũng khọỳi lổồỹng haỷt nhỏn cuớa noù vỗ khọỳi lổồỹng ca präton v nåtron låïn hån ráút nhiãưu so våïi khäúi lỉåüng âiãûn tỉí Våïi cng khäúi lỉåüng âiãûn tỉí v präton, hảt nhán cọ thãø chỉïa säú lỉåüng nåtron khạc v tảo nãn cạc âäưng vë ca cng mọỹt nguyón tọỳ hoùa hoỹc Xaùc suỏỳt tỗm thỏỳy õióỷn tỉí trãn mäüt qu âảo nạo âọ xung quanh hảt nhán âỉåüc xạc âënh bàịng bäún tham säú gi l säú lỉåüng tỉí Cọ nghéa l trảng thại nàng lỉåüng ca mäùi âiãûn tỉí ngun tỉí âỉåüc xạc âënh båíi bäún säú lỉåüng tỉí Cạc säú lỉåüng tỉí gäưm cọ : a-Säú lỉåüng tỉí chênh n : cọ cạc giạ trë bàịng 1, 2, 3, xạc âënh nàng lỉåüng cho phẹp ca âiãûn tỉí Cạc âiãûn tỉí cọ cng säú lỉåüng tỉí chênh n håüp thnh mäüt låïp âiãûn tỉí Cạc låïp âiãûn tỉí láưn lỉåüt l : K, L, M, N tæång æïng våïi n = 1, 2, 3, b-Säú lỉåüng tỉí phỉång vë l : xạc âënh cạc giạ trë cho phẹp ca mämen xung lỉåüng qu âảo, cọ trë säú bàịng 0, 1, 2, (n - 1) Caïc âiãûn tỉí våïi l khạc ca cng låïp tảo thnh nhỉỵng phán låïp tỉång ỉïng, k hiãûu láưn lỉåüt l s, p, d, f æïng våïi l = 0, 1, 2, c-Säú lỉåüng tỉí tỉì ml : xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng cho phẹp ca vẹc tå mämen xung lỉåüng qu âảo âäúi våïi chiãưu ca tỉì trỉåìng bãn ngoi, cọ trë säú bàịng 0, ±1, ±2, ±3 ± l d-Säú lỉåüng tỉí spin ms : xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng ngỉåüc chiãưu ca vẹc tå mämen xung lỉåüng spin ca âiãûn tỉí, ms = ±1/ Ngoi sỉû phán bäú âiãûn tỉí theo cạc mỉïc khạc nhucon phi tn theo ngun l loải trỉì Pauly : mäùi trảng thại våïi ba säú lỉåüng tỉí n, l, ml xạc âënh chè cọ thãø chỉïa hai âiãûn tỉí våïi spin ngỉåüc chiãưu Dỉûa vo ngun l ny ta cọ thãø dỉû âoạn säú âiãûn tỉí cho phẹp trãn cạc báûc nàng lỉåüng Vê dủ : ngun tỉí âäưng Cu cọ säú thỉï tỉû Z = 29, phán bäú âiãûn tỉí sau : 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2 (Coỡn goỹi laỡ cỏỳu hỗnh âiãûn tỉí) K L M N Trong mäüt säú âiãưu kiãûn xạc âënh, âiãûn tỉí cọ thãø chuøn tỉì trảng thại ny sang trảng thại khạc, âọ s phạt hay háúp thủ nàng lỉåüng dỉåïi dảng ∆E dỉåïi dảng cạc lỉåüng tỉí ạnh sạng cọ táưn säú ν : ∆E = El -El+1 = hν våïi h = 6,627.10-27ec.s (hàịng säú Planck) 1.1.2.Cạc loải liãn kãút ngun tỉí thỉåìng gàûp : Trong cháút ràõn thỉåìng gàûp bäún loải liãn kãút sau âáy : liãn kãút âäưng họa tri, liãn kãút ion, liãn kãút kim loaûi, liãn kãút häùn håüp v liãn kãút Vanderval 1-Liãn kãút âäng họa trë : Liãn kãút ny tảo hai hồûc nhiãưu ngun tỉí gọp chung mäüt säú âiãûn tỉí ãø cọ â tạm âiãûn tỉí åí låïp ngoi cng (âiãûn tỉí họa trë) Vê dủ liãn kãút âäưng họa trë giỉỵa hai ngun tỉí clo phán tỉí Cl2 Hai ngun tỉí ny cọ säú âiãûn tỉí låïp ngoi cng l Do váûy chụng phi gọp chung hai âiãûn tỉí låïp ngoi cng âãø â tạm âiãûn tỉí Âàûc âiãøm ca liãn kãút âäưng họa trë : 1-Liãn kãút cọ âënh hỉåïng, nghéa l xạc sút täưn tải cạc âiãûn tỉí liãn kãút låïn nháút theo phỉång näúi tám cạc nguyn tỉí 2-Cỉåìng âäü liãn kãút phủ thüc ráút mảnh vo âàûc liãn kãút giỉỵa cạc âiãûn tỉí họa trë våïi hảt nhán Vê dủ caùc bon ồớ daỷng õa hỗnh kim cổồng coù lión kóỳt õọửng hoùa trở rỏỳt maỷnh vỗ bọỳn õióỷn tổớ họa trë (trong säú sạu âiãûn tỉí) liãn kãút háưu trỉûc tiãúp våïi hảt nhán Do váûy nhiãût âäü nọng chy ca cao hån 3550oC Trong âọ thiãúc (Sn) cọ liãn kãút âäưng họa trë ráút úu vỗ bọỳn õióỷn tổớ hoùa trở (trong sọỳ 50 õióỷn tỉí) nàịm xa hảt nhán nãn lỉûc liãn kãút úu âäúi våïi hảt nhán âọ nhiãût âäü nọng chy tháúp 270oC 3-Liãn kãút âäưng họa trë cọ thãø xy giỉỵa cạc ngun tỉí cng loải (ca mäüt ngun täú họa hc cạc nhọm tỉì IVA âãún VIIA), gi l liãn kãút âäưng họa trë âäưng cỉûc Vê dủ phán tỉí Cl2 hay cạc tinh thãø kim cỉång, si lêc, gẹcmani Liãn kãút âäưng họa trë giỉỵa cạc ngun tỉí khạc loải (cạc ngun täú họa hc nhọm IIIA våïi nhọm VIA) gi l liãn kãút âäưng họa trë dë cỉûc 2-Liãn kãút ion : Âáy l loải liãn kãút mảnh, cạc ngun tỉí cho båït âiãûn tỉí låïp ngoi cng v rtråí thn ion dỉång hay nháûn thãm âiãûn tỉí âãø bo låïp ngoi cng v tråí thnh ion ám Vê dủ : liãn kãút LiF, Li cho båït mäüt âiãûn tỉí låïp ngoi cng tråí thnh Li+, cn F nháûn thãm mäüt âiãûn tỉí v tråí thnh F- Liãn kãút ion thỉåìng tảo nãn giỉỵa cạc ngun täú cọ nhiãưu âiãûn tỉí họa trë (nhọm VIB, VIIB) våïi cạc nhọm ngun täú cọ êt âiãûn tỉí họa trë (nhọm IB, IIB) Cạc ä xyt kim loải Al2O3, MgO, CaO, Fe3O4 cọ liãn kãút ch úu l liãn kãút ion Liãn kãút ion cng bãưn vỉỵng (cng mảnh) cạc ngun tỉí chỉïa cng êt âiãûn tỉí, nghéa l cạc âiãûn tỉí cho v nháûn nàịm gáưn hảt nhán Liãn kãút ion l loải liãn kãút khäng âënh hỉåïng Vê dủ : hydrä tảo våïi F, Cl, Br, I caïc håüp cháút HF, HCl, HBr, HI cọ nàng lỉåüng liãn kãút láưn lỉåüt l 5,81; 4,44; 3,75 v 3,06 eV/mol 3-Liãn kãút kim loải : Cạc ion dỉång kim loải tảo thnh mảng xạc âënh, âàût khäng gian âiãûn tỉí tỉû chung Nàng lỉåüng liãn kãút l täøng håüp lỉûc âáøy v hụt ténh âiãûn giỉỵa cạc ion dỉång v máy âiãûn tỉí tỉû Liãn kãút kim loải thỉåìng âỉåüc tảo nãn tỉì nhỉỵng ngun tỉí cọ êt âiãûn tỉí họa trë Vê dủ : cạc ngun tỉí åí nhọm IA bng tưn hon Menâãlãep våïi mäüt âiãûn tỉí hoùa trở coù tờnh kim loaỷi õióứn hỗnh Caỡng õi vãư bãn phi ca bng tưn hon cháút âäưng họa trë liãn kãút cng cao Cạc cháút ràõn cọ liãn kãút kim loải cáúu trục tinh thãø ca cọ âäúi xỉïng cao + + - + + + + + + - + - + + - - + + + - + + Hỗnh 1.1- Lión kóỳt kim loaỷi 4-Lión kóỳt họựn hồỹp : Liãn kãút âäưng họa trë thưn tụy chè cọ âỉåüc trỉåìng håüp kiãn kãút âäưng cỉûc (giỉỵa cạc ngun tỉí ca cng mäüt ngun täú họa hc) Trong trỉåìng håüp liãn kãút dë cỉûc (giỉỵa cạc ngun tỉí ca cạc ngun täú khạc nhau) âiãûn tỉí họa trë tham gia liãn kãút chëu hai nh hỉåíng trại ngỉåüc : -Bë hụt båíi hảt nhán ca -Bë hụt båíi hảt nhán ca ngun tỉí thỉï hai âãø tảo âiãûn tỉí chung Kh nàng ca hảt nhán hụt âiãûn tỉí họa trë âỉåüc gi l ám âiãûn ca ngun tỉí Sỉû khạc vãư ám âiãûn giỉỵa cạc ngun tỉí liãn kãút âäưng họa trë lm âạm máy âiãûn tỉí "chung" bë biãún dảng v tảo thnh ngáùu cỉûc âiãûn, âọ l tiãưn täú ca liãn kãút ion Tênh ion ca liãn kãút s cng låïn nãúu sỉû khạc vãư ám âiãûn ca cạc ngun tỉí cng låïn Vê dủ : Na cọ ám âiãûn bàịng 0,9 cn Cl cọ ám âiãûn bàịng 3,0 Do váûy liãn kãút NaCl gäưm khong 58% liãn kãút ion v 48% liãn kãút âäưng họa trë Táút c nhỉỵng liãn kãút dë cỉûc âãưu mang cháút häùn håüp giỉỵa liãn kãút ion v âäưng hoïa trë 5-Liãn kãút yãúu (liãn kãút Val der Val) : Liãn kãút âäưng họa trë cho phẹp gii thêch sỉû tảo thnh cạc phán tỉí nỉåïc (H2O) hay poltylen (C2H4)n nhỉng khäng thãø gii thêch sỉû tảo thnh mäüt säú váût ràõn tỉì nhỉỵng phán tỉí trung nỉåïc âạ, polyme Trong nhiãưu phán tỉí cọ liãn kãút âäưng họa trë, sỉû khạc vãư ám âiãûn ca cạc nguøn tỉí, trng tám âiãûn têch dỉång v âiãûn têch ám khäng trng s tảo thnh ngáùu cỉûc âiãûn v phán tỉí bë phán cỉûc Liãn kãút Val der Val l liãn kãút hiãûn tỉåüng hụt giỉỵa cạc ngun tỉí hồûc phán tỉí bë phán cỉûc åí trảng thại ràõn Âáy l loải liãn kãút úu, ráút dãù bë phạ hy ba âäüng nhiãût Do váûy caïc cháút ràõn trãn cå såí liãn kãút Val der Val cọ nhiãût âäü nọng chy tháúp 1.2.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ L TỈÅÍNG : 1.2.1.Cạc khại niãûm cå bn : 1-Màût tinh thãø : kim loải cạc ngun tỉí sàõp xãúp cọ tráût tỉû , tỉïc l chụng âãưu nàịm trãn nhỉỵng màût phàóng song song v cạch âãưu gi l màût tinh thãø Táûp håüp vä säú cạc màût váûy tảo nãn mảng tinh thãø 2-Khäúi cå såí (cn gi l ä cå bn) :l pháưn nh nháút âàûc trỉng cho mäüt loải mảng tinh thãø Cọ thãø xem mảng tinh thãø l vä säú cạc khäúi cå såí xãúp liãn tiãúp tảo nãn 3-Thäng säú mảng (cn gi l hàịng säú mảng) : l khong cạch giỉỵa hai ngun tỉí trãn mäüt cảnh ca khäúi cå såí Thäng säú mảng l kêch thỉåïc cå bn ca mảng tinh thãø, tỉì âọ cọ thãø suy cạc khong cạch báút k mảng Âån vë âo thäng säú mảng l kx (nano mẹt) hay àngsträng , våïi 1kx = 1,00202Ao = 1,00202.10-8 cm Theo thäng säú mảng ta cọ thãø âỉåüc âỉåìng kênh ngun tỉí kim loải Thäng säú mảng thỉåìng k hiãûu l a 1.2.2.Cạc kiãøu mảng tinh thãø thỉåìng gàûp : Trong cạc kim loải thäng dủng thỉåìng gàûp ba kiãøu mảng tinh thãø sau âáy : 1-Láûp phỉång tám khäúi A2 (thãø tám) : Cạc ngun tỉí nàịm åí cạc âènh v åí trung tám ca khäúi láûp phổồng Nóỳu coi caùc nguyón tổớ laỡ hỗnh cỏửu vaỡ bióứu dióựn gỏửn nhổ thỏỷt thỗ caùc nguyón tổớ nũm ồớ caùc õốnh cheùo thỗ tióỳp xuùc vồùi qua ngun tỉí åí trung tám Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi Kiãøu mảng ny cọ cạc kim loải Feα Cr, a a v r = Kiãøu mảng Mo, V Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d = ny cọ mäüt thäng säú mảng l a Kiãøu mảng ny cọ säú sàõp xãúp l K8, nghéa l báút k ngun tỉí no cng cọ tạm ngun tỉí cạch âãưu mäüt khong gáưn nháút 2- Láûp phỉång tám màût A1 (diãûn tám) : Cạc ngun tỉí nàịm åí cạc âènh v tám ca cạc màût bón Nóỳu coi caùc nguyón tổớ laỡ hỗnh cỏửu vaỡ bióứu dióựn gỏửn nhổ thỏỷt thỗ nguyón tổớ nũm ồớ õốnh vaỡ tỏm cuớa caùc mỷt bón thỗ tióỳp xục våïi Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục a a våïi Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d = v r = Kiãøu mảng ny chè cọ mäüt thäng säú mảng l a Thỉåìng gàûp cạc kim loải Feγ, Cu, Ni, Al, Pb Säú sàõp xãúp ca mảng A1 l K12 3-Sạu phỉång xãúp chàût A3 (lủc giạc xãúp chàût) : Cạc ngun tỉí nàịm åí cạc âènh v åí tám hai màût âạy ca hỗnh lng truỷ luỷc giaùc õóửu Ba nguyón tổớ nũm åí trung tám ba làng trủ tam giạc cạch Sạu phỉång xãúp chàût cọ hai thäng säúù mảng l a vaì c , tè säú c/a goüi laì hãû c säú xãúp chàût Trong trỉåìng håüp l tỉåíng = ≈ 1,633 Trong thæûc tãú tè säú c/a khäng a âụng l 1,633 m dao âäüng trong khoaớng 1,57 ữ 1,64 vaỡ cuợng õổồỹc coi laỡ xóỳp chàût Cạc kim loải cọ kiãøu mảng ny l : Zn, Cd, Coα, Mg, Ti, Ru 4-Chênh phæång tám khäúi (thãø tám) : Trong täø chỉïc ca thẹp sau täi (mactexit) cn cọ kiãøu mảng chênh phỉång tám khäúi Cọ thãø coi kiãøu mảng ny l láûp phỉång tám khäúi âỉåüc kẹo di theo mäüt chiãưu Nọ cọ hai thäng säú mảng l a v c , tè säú c/a gi l âäü chênh phỉång Trong thỉûc tãú sỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí kim loải theo xu hỉåïng dy âàûc nháút Do âọ khäng cọ kim loải no cọ kiãøu mảng âån gin chênh phỉång tám khäúi c Hỗnh 1.2- Mọ hỗnh vaỡ caùc sừp xóỳp nguyón tổớ khäúi cå såí a) Láûp phỉång tám màût b) Lápû phæång tám khäúi c) Sau phæång xãúp chàût 1.3.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ THỈÛC TÃÚ : 1.3.1.Phán loải cạc sai lãûch mảng tinh thãø : Cạc cáúu trục trỗnh baỡy ồớ trón goỹi laỡ cỏỳu truùc cuớa tinh thóứ lyù tổồớng vỗ xem xeùt õaợ boớ qua dao âäüng nhiãût v cạc sai hng tráût tỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí (ion, phán tỉí) Cạc sai hng âọ gi l sai lãûch mảng tinh thãø hay khuút táût mảng Hnh vi ca tinh thãø dỉåïi tạc dủng ca lỉûc (biãún cỉïng, biãún dảng do), âäü dáùn âiãûn, cạch âiãûn v bạn dáùn s bë nh hỉåíng ráút låïn sai lãûch mảng tinh thãø Dỉûa vo kêch thỉåïc theo ba chiãưu sai lãûch mảng âỉåüc phán lm ba loải : sai lãûch âiãøm, sai lãûch âỉåìng, sai lãûch màût vaì khäúi 1.Sai lãûch âiãøm : Sai lãûch âiãøm laì cạc sai lãûch cọ kêch thỉåïc ráút nh theo ba chiãưu âo khäng gian (cåỵ kêch thỉåïc ngun tỉí) Cọ cạc dảng sau : nụt träúng, ngun tỉí xen k v ngun tỉí tảp cháút a-Nụt träúng v ngun tỉí xen k : Trong tinh thãø ngun tỉí ln ln dao âäüng nhiãût xung quanh vë trê cán bàịng ca mỗnh Taỷi nhióỷt õọỹ xaùc õởnh, nng lổồỹng dao õọỹng ca mäùi ngun tỉí tn theo l thuút thäúng kã Maïc xoen - Bol zå man nãn khäng giäúng Khi mäüt säú ngun tỉí no âọ cọ nàng lỉåüng cao, våïi biãn âäü dao âäüng låïn, chụng cọ kh nàng råìi b nụt mảng v âãø lải nụt khäng cọ ngun tỉí, âọ l nụt träúng Sau âọ ngun tỉí cọ thãø chuøn sang vë trê giỉỵa cạc nụt ( cå chãú tảo nụt träúng Frenken) tảo sai lãûch âiãøm dảng ngun tỉí xen k Khi ngun tỉí råìi vë trê cán bàịng âi bãư màût tinh thãø gi l cå chãú nụt träúng Sätky Sỉû xút hiãûn nụt träúng v ngun tỉí xen k luọn laỡm xuỏỳt hióỷn trổồỡng ổùng suỏỳt hỗnh cỏửu (keùo xung quanh nụt träúng v nẹn xung quanh ngun tỉí xen k) Näưng âäü nụt träúng thỉûc tãú låïn hån nhióửu so vồùi nguyón tổớ xen keợ vỗ nng lổồỹng tảo nụt träúng nh hån nhiãưu so våïi ngun tỉí xen k Máût âäü nụt träúng biãøu diãùn theo cäng thæïc : n Q = exp( − ) N KT Trong âọ : -n,N : säú nụt träúng v säú nụt mảng -Q : nàng lỉåüng tảo nụt träúng -K : hàòng säú Bolzåman -T : nhiãût âäü tuyãût âäúi Qua cäng thỉïc trãn ta tháúy ràịng näưng âäü nụt träúng tàng nhanh theo nhiãût âäü v cọ giạ trë låïn nháút åí kim loải lng b-Ngun tỉí tảp cháút : Trong thỉûc tãú khäng thãø cọ váût liãûu kim loaûi nguyãn cháút tuyãût âäúi Våïi cäng nghãû náúu luyãûn hiãûn âải ngy cọ thãø âảt âäü sảch âãún 99,99999% Do váûy kim loải ln cọ tảp cháút Ty theo kêch thỉåïc ngun tỉí m tảp cháút cọ thãø thay thãú vo vë trê ngun tỉí kim loải trãn nụt mảng hay xen giỉỵa cạc nụt Xung quanh cạc nguøn tỉí tảp cháút ln cọ trỉåìng ỉïng suỏỳt hỗnh cỏửu 2-Sai lóỷch õổồỡng - Lóỷch Sai lóỷch âỉåìng l loải sai lãûch cọ kêch thỉåïc nh (kêch cåỵ ngun tỉí) theo hai chiãưu âo v ráút låïn theo chiãưu thỉï ba tinh thãø (s gi l lãûch) L thuút vãư lãûch l cå såí l thuút bãưn váût l kim loải Nhåì cọ l thuút lãûch ta cọ thãø gii thêch âỉåüc nhiãưu váún âãư vãư cå tinh, l ca kim loải v håüp kim Trãn cå såí âọ chãú tảo cạc kim loải v håüp kim âàûc biãût : siãu bãưn, siãu a-Lãûch âỉåìng : Gi thãm vo phêa trãn mảng tinh thãø l tỉåíng mäüt nỉía màût phàóng ngun tỉí ABCD Pháưn nỉía phêa trãn ca tinh thãø (trãn âỉåìng AB) s chëu ỉïng sút nẹn, nỉía dỉåïi chëu ỉïng suỏỳt keùo ổồỡng AB daỡi haỡng nghỗn haỡng vaỷn thäng säú mảng gi l trủc lãûch AB l biãn giåïi phêa ca nỉía màût ABCD nãn gi l lãûch biãn Nãúu nỉía màût ngun tỉí nàịm phêa trãn gi l lãûch dỉång, k hiãûu ⊥, nàịm phêa dỉåïi goỹi laỡ lóỷch ỏm, kyù hióỷu T Hỗnh 1.3 -Cạc dảng sai lãûch âiãøm mảng tinh thãø a) Nụt träúng Frenkel; b) Nụt träúng Schottky c,d) Ngun tỉí xen k v thay thãú e,f) Sai lãûch âiãøm Schottky vaỡ Frenkel ion Hỗnh 1.4- Mọ hỗnh taỷo lóỷch âỉåìng mảng tinh thãø b-Lãûch xồõn : ta coù thóứ hỗnh dung lóỷch xoừn nhổ sau : cừt mảng tinh thãø l tỉåíng bàịng nỉía màût phàóng ABCD, sau âọ xã dëch hai mẹp ngoi ngỉåüc chiãưu cho cạc ngun tỉí màût ngoi s xã dëch mäüt âoản bàịng mäüt thäng säú mảng theo âỉåìng CD Do âọ cạc ngun tỉí s sàõp xãúp lải quanh AB theo âỉåìng xồõn äúc v ta cọ lãûch xồõn AB gi l trủc lãûch xồõn Nãúu âỉåìng xồõn äúc ngun tỉí xung quanh trủc lãûch theo chiãưu kim âäưng häư gi l lãûch xồõn phi, k hiãûu ngỉåüc lải gi l lãûch xồõn trại, k hiãûu A B D C a) b) c) Hỗnh 1.5- Lóỷch xoừn: mọ hỗnh taỷo thaỡnh (a), mọ hỗnh khọng gian (b) vaỡ sỉû sàõp xãúp ngun tỉí vng lãûch (c) c-Lãch häùn håüp : Trong nhiãưu trỉåìng håüp mäüt lãûch cọ âàûc trỉng ca c lãûch biãn v lãûch xồõn gi laỡ lóỷch họựn hồỹp Hỗnh 1.6- Caùch xaùc õởnh vectồ trỉåüt (Burgers) a) Trong tinh thãø han chènh b) lãûch âỉåìng c) Trong lãûch xồõn 3-Sai lãûch màût : Sai lãûch màût l cạc sai lãûch cọ kêch thỉọc låïn theo hai chiãưu âo v nh theo chiãưu âo thỉï ba Gäưm cọ cạc loải : biãn giåïi hảt, biãn giåïi siãu hảt, màût ngoi tinh thãø a-Biãn giåïi hảt : l vng tiãúp giạp giỉỵa cạc hảt âa tinh thãø Cạc ngun tỉí åí vng biãn giåïi hảt khäng sàõp xãúp theo tráût tỉû mảng v cọ thãø coi vng cáúu trục vä âënh hỗnh Chióửu daỡy bión giồùi haỷt phuỷ thuọỹc vaỡo õọỹ sảch cụa váût liãûu, cọ thãø âảt hng tràm thäng säú mảng Kim loải cng tinh khiãút chiãưu dy biãn gåïi hảt cng mng b-Biãn giåïi siãu hảt : Siãu hảt (bläúc) l nhỉỵng vng tinh thãø nh (kêch thỉåïc trung bỗnh cồợ 102 - 104 nm, vồùi cỏỳu truùc tinh thãø khạ hon chènh, âënh hỉåïng lãûch mäüt gọc nh, ngàn cạch bàịng biãn giåïi siãu hảt Biãn giåïi siãu hảt thỉûc cháút l nhỉỵng tỉåìng lãûch, tảo nãn nhỉỵng lãûch cng dáúu tỉång tạc láùn chụng trỉåüt trãn nhỉỵng màût trỉåüt song song v giỉỵ åí vë trê cán bàịng Hai siãu hảt lán cáûn âënh hỉåïng lãûch mäüt gọc b b bàòng : θ = θ = D D D - khoaớng caùch trung bỗnh giổợa caùc lóỷch bión cuỡng dáúu trãn trỉåìng lãûch b - vẹc tå trỉåüt (Bure) Biãn giåïi cạc siãu hảt thỉåìng xút hiãûn qụa trỗnh kóỳt tinh laỷi, coù taùc duỷng caớn trồớ trổồỹt v tỉång tạc våïi cạc loải sai lãûch âiãøm khạc nãn cng âọng vai tr ca váût liãûu c-Sai lãûch xãúp : Sai lãûch xãúp (coìn goüi l khuút táût xãúp) l sỉû phạ våỵ tráût tỉû xãúp chàût ca tinh thãø Gi sỉí mảng A1 cọ trỏỷt tổỷ sừp xóỳp laỡ ABCABCABC, vỗ lyù naỡo âọ, tráût tỉû âọ bë phạ våỵ, chàóng hản thỉìa mäüt låïp xãúp chàût âãø cọ sai lãûch xãúp thỉìa ABACA Nãúu tráût tỉû xãúp thiãúu mäüt låïp s taûo sai lãûch xãúp thiãúu ABCABABC Sai lãûch xãúp âàûc trỉng bàịng nàng lỉåüng γ SLX gi l nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp ÅÍ âiãưu kiãûn cán bàịng âäü räüng ca sai lãûch xãúp l : r r G (b b3 ) = 2πγ SLX Trong âọ : G - mä âun trỉåüt ur ur u b2 b3 - vẹc tå trỉåüt ca cạc lãûch khäng hon chènh giåïi hản SLX γ SLX - nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp Sai lãûch xãúp cọ vai tr ráút låïn lénh vỉûc họa bãưn váût liãûu, âáy l mäüt nhỉỵng phỉång hỉåïng quan trng náng cao âäü bãưn l håüp kim họa, lm tàng âäü räüng do, lm gim γ SLX , tỉïc l tàng cn tråí chuøn âäüng ca lãûch bàịng sai lãûch xãúp d-Cáúu trục màût ngoi tinh thãø : Màût ngoi tinh thãø coù hỗnh thaùi tọửn taỷi khaùc so vồùi nhổợng mỷt phúng tinh thóứ ồớ bón Coù thóứ hỗnh dung dãù dng ràịng âäúi våïi cạc ngun tỉí åí màût ngoi (màût giåïi hản tinh thãø) khäng cọ â säú sừp xóỳp nhổ nguyón tổớ bón Vỗ vỏỷy ồớ màût ngoi chụng khäng sàõp xãúp theo tráût tỉû quy âënh ca tinh thãø v tảo thnh vng sai lãûch Sỉïc bãư màût tinh thãø (nàng lỉåüng bãư màût) âàûc trỉng pháưn gia tàng nàng lỉåüng tỉû âãø giỉỵ cạc ngun tỉí bãư màût åí trảng thại äøn âënh Do âàûc âiãøm cáúu truïc sai lãûch cho nãn låïp màût ngoi tinh thãø cng cọ nhỉỵng tỉång tạc âàûc biãût våïi caïc sai lãûch khaïc 4-Sai lãûch khäúi : Nhỉỵng sai lãûch cọ kêch thỉåïc låïn theo ba chiãưu mảng tinh thãø gi l sai lãûch khäúi Sai lãûch khäúi v mä l nhỉỵng sai hng sinh náúu, âục håüp kim räù co, táûp trung xè, tảp cháút váût âục Trãn khêa cảnh vi mä cọ thãø coi sai lãûch khäúi cạc pha 10 thỉï hai täưn tải trãn nãưn håüp kim Vê dủ graphit gang, cạc pha thỉï hai tảo thnh tiãút pha tỉì dung dëch ràõn Cạc sai lãûch ny l cäú tảo âãø náng cao âäü bãưn, ci thiãûn cháút theo mún Tuỡy thuọỹc vaỡo cỏỳu truùc, hỗnh thaùi tọửn taỷi, kờch thỉåïc m hiãûu qu họa bãưn ca nhỉỵng pha thỉï hai ny khạc 1.3.2.Vai tr ca sai lãûch âäúi våïi cháút : Sỉû cọ màût ca sai lãûch mảng tinh thãø v tỉång tạc giỉỵa chụng nh hỉåíng âãún cháút ca váût liãûu Âãø gii thêch cháút cå hc (âäü bãưn, âäü cỉïng, ) phi dỉûa vo l thuút bãưn âọ cạc mọ hỗnh cỏỳu truùc vi mọ õổồỹc aùp duỷng õóứ gii thêch kãút qu thỉûc tãú ÅÍ âáy ta xem xẹt sỉû tỉång tạc ca lãûch våïi v nh hỉåíng ca chụng âãún cå ca váût liãûu 1-Tỉång tạc giỉỵa cạc lãûch v khại niãûm họa bãưn : Ta xeùt quaù trỗnh trổồỹt bióỳn daỷng deớo, tọỳc âäü biãún dảng theo cäng thỉïc Orowan ε = ρ b.ν (Trong âọ : ρ l máût âäü lãûch, b l trë säú vẹc tå Burgers, ν l tọỳc õọỹ chuyóứn õọỹng cuớa lóỷch) Trong quaù trỗnh bióỳn dảng s cọ hai hiãûu ỉïng ngỉåüc xy -Máût âäü lãûch tàng cạc ngưn khạc hoảt âäüng biãn giåïi hảt, Frank Rit lm tàng täúc âäüü biãún dảng -Nhỉng tàng máût âäü lãûch tỉång tạc giỉỵa lãûch vọi v våïi cạc sai lãûch khạc tàng mảnh lm gim âạng kãø täúc âäü chuøn õọỹng cuớa lóỷch Vỗ vỏỷy muọỳn trỗ tọỳc õọỹ biãún dảng l khäng âäøi cáưn phi tàng ỉïng sút bãn ngoi thãm mäüt lỉåüng d σ Âáy chênh l hiãûu dσ âàûc trỉng båíi gọc nghiãng âỉåìng ỉïng họa bãưn biãún dảng Hãû säú họa bãưn biãún dảng dε cong σ − ε trãn biãøu âäư thỉí kẹo váût liãûu Cå såí ca cạc phỉång phạp họa bãưn váût liãûu tinh thãø l lm gim täúc âäü chuøn âäüng ca lãûch Tỉång tạõc giỉỵa cạc lãûch xy nhåì trỉåìng ỉïng sút ân häưi ca chụng Khi mäüt lãûch trỉåüt gàûp cạc lãûch màût trỉåüt giao khaùc, trón mọựi lóỷch hỗnh thaỡnh mọỹt bỏỷc lóỷch Bỏỷc cn tråí chuøn âäüng lãûch hồûc cng chuøn âäüng våïi lãûch s sinh khuút táût âiãøm hồûc cạc vng lãûch åí phêa sau gáy họa bãưn (hỗnh 1.41 Ló ) 2-Tổồng taùc giổợa lóỷch vaỡ sai lãûch âiãøm : Kãút qu tỉång tạc giỉỵa lãûch v sai lãûch âiãøm lm cho cạc nguún tỉí tảp cháút (hay nụt träúng) têch tủ xung quanh âỉåìng lãûch, tảo nhỉỵng âạm máy ngun tỉí tảp cháút (khê quøn Cätren, Snuk, Suzuki ) Âãø chuøn âäüng lãûch cáưn phi bäø sung thãm nàng lỉåüng tỉì bãn ngoi (d σ ) nhàịm gii nhỉỵng âạm máy âọ Trong cạc håüp kim täưn tải åí dảng dung dëch ràõn (thay thãú, xen k) cạc ngun tỉí håüp kim cọ thãø coi nhỉỵng sai lãûch âiãøm cäú , hiãûu qu họa bãưn s tàng lãn ráút nhiãưu.Ngun täú håü kim lm thay âäøi âäü räüng ca sai lãûch xãúp, âáy l mäüt cạc chỉåïng ngải ráút mảnh cn tråí chuøn âäüng ca lãûch Trong cạc kiãøu mảng A1, A3 håüp kim họa s lm gim nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp, tỉïc l tàng âäü räüng ca nọ, váûy lm tàng hiãûu qu họa bãưn Âọ chênh l họa bãưn bàịng dung dëch ràõn 3-Tỉång tạc lãûch v biãn giåïi hảt : Khi hảt cọ mäüt ngưn Frank - Rit hoảt âäüng s cọ vä säú lãûch trỉåüt cho âãún dỉìng lải cảnh biãn giåïi hảt, tảo mäüt táûp håüp cọ n lãûch (hỗnh 1.45 Ló) Tỏỷp hồỹp naỡy seợ taỷo trổồỡng ỉïng sút ân häưi vỉìa tạc dủng ngỉåüc lải, phong ta ngưn lãûch åí hảt, 11 vỉìa kêch thêch ngưn åí cạc hảt lán cáûn hoảt âäüng quạ trỗnh bióỳn daỷng Bión giồùi haỷt caớn trồớ chuyóứn õọỹng ca lãûch l : -Tải biãn giåïi cọ cáúu trục khäng tráût tỉû -Hai hảt âa tinh thãø liãưn coù õởnh hổồùng khaùc vỗ vỏỷy lóỷch rỏỳt khọ thay âäøi âäüt biãún màût trỉåüt vỉåüt qua bión giồùi haỷt Vỗ vỏỷy lóỷch chố coù thóứ chuyóứn âäüng tỉû hảt Kêch thỉåïc hảt cng nh, qung âỉåìng chuøn âäüng tỉû cng ngàõn, âọ hiãûu qu họa bãưn cng cao Âọ chênh l sỉû họa bãưn bàịng biãn giåïi hảt 4-Tỉång tạc giỉỵa lãûch v pha thỉï hai : Pha thỉï hai tảo hồỹp kim quaù trỗnh chuyóứn bióỳn pha cuợng cọ thãø xem l dảng sai lãûch cäú Ty theo vo bn cháút, näưng âäü, kêch thỉåïc ca pha thỉï hai, hiãûu qu họa bãưn ca chụng cng khạc a-Pha thỉï hai khäng liãưn mảng, cỉïng hån nãưn : Mún vỉåüt qua loải chỉåïng ngải 2GB , âọ L l khong cạch ny ỉïng sút tiãúp tạc dủng lãn lãûch phi âảt giạ trë: τ = L trung bỗnh giổợa caùc phỏửn tổớ pha thổù hai Sau vỉåüt qua lãûch âãø lải vng lãûch dỉ xung quanh pha thỉï hai b-Pha thỉï hai liãưn mảng, mãưm hån nãưn : Trỉåìng håüp ny lãûch s càõt pha thỉï hai bàịng cạch âi xun qua âãø tảo sai lóỷch xóỳp ồớ hai meùp Vỗ vỏỷy sau mäùi láưn lãûch vỉåüt qua sỉïc cn ca pha thỉï hai tàng thãm cạc vng lãûch dỉ hồûc sai lóỷch xóỳp où laỡ quaù trỗnh hoùa bóửn bũng pha thỉï hai (cn gi l họa bãưn cáúu trục) 5-Têch tủ lãûch v phạ hy : Khi lãûch bë hm lải bãn chỉåïng ngải, chụng s têch tủ dáưn, lm tàng ỉïng sút củc bäü cho âãún âảt giạ trë cao hån giåïi hản bãưn ca mảng, liãn kãút bë phạ våỵ, vãút nỉït âáưu tiãn s xút hiãûn Cạc lãûch tiãúp theo trỉåüt âãún v gii trãn bãư màût vãút nỉït tãú vi lm låïn dáưn lãn v tråí thnh vãút nỉït vi mä Lục ny s xy phạ hy 1.3.3.Âån tinh thãø v âa tinh thãø : 1-Âån tinh thãø : Nãúu váût tinh thãø cọ mảng thäúng nháút v phỉång khäng thay âäøi toaìn bäü thãø têch goüi laì âån tinh thãø óứ dóự hỗnh dung ta lỏỳy mọỹt ọ cồ sồớ (khäúi cå såí) tënh tiãún theo ba trủc ta âäü våïi nhỉỵng âoản bàịng chu k tưn hon mảng s âỉåüc âån tinh thãø Âãø cọ âỉåüc âån tinh thãø kim loải ta phi ạp dủng cäng nghãû âàûc biãût ni âån tinh thãø Cọ hai phỉång phạp : Zäcranxki v phỉång phạp flux (thnh pháưn khạc nhau) Tênh chỏỳt õióứn hỗnh cuớa õồn tinh thóứ laỡ tờnh dở hỉåïng theo cạc phỉång khạc cọ máût âäü ngun tỉí khạc Cäng dủng ca âån tinh thãø l sỉí dủng cäng nghiãûp bạn dáùn v k thuáût âiãûn 2-Âa tinh thãø : Âa tinh thãø gäöm ráút nhiãưu tinh thãø nh gi l hảt tinh thãø Nhỉỵng hảt ny cọ cng cáúu trục mảng nhỉng âënh hỉåïng ngáùu nhiãn nãn khạc nhau, liãn kãút våïi bàịng biãn giåïi hảt Váût liãûu sỉí dủng ch úu l âa tinh thãø a-Âäü hảt ca âa tinh thãø : Tỉì khại niãûm nãu trãn ta tháúy cáúu trục ca âa tinh thãø gäưm hai pháưn sau : -Cạc hảt cọ âënh hỉåïng khạc -Biãn giåïi hảt cọ cáúu trục khäng tráût tỉû liãn kãút cạc hảt vồùi 12 Hỗnh 1.7 -Mọ hỗnh õồn tinh thóứ vaì âa tinh thãø a) Âån tinh thãø b) Âa tinh thãø c) Aính tãú vi máùu âa tinh thãø sau tỏứm thổỷc Hỗnh 1.8- Aớnh cỏỳp haỷt chuỏứn ổùng våïi âäü phọng âải 100 láưn Tỉì âọ ta tháúy ràịng cạc hảt tinh thãø khäng bao giåì cọ kêch thỉåïc giäúng nãn 13 phi âỉa khại niãûm âäü hảt Cọ thãø xạc âënh âäü hảt theo ba cạch sau : +Xạc âënh tiãút diãûn ngang S ca cạc hảt (phỉång phạp ny khọ lm) +Âo âỉåìng kênh (chióửu ngang) trung bỗnh cuớa caùc haỷt (ờt duỡng) +So sạnh säú lỉåüng hảt cọ mäüt âån vë diãûn têch våïi âäü phọng âải 100 láưn våïi bn máùu cọ sàơn Âáy l phỉång phạp phäø biãún nháút Sau âọ xãúp vo bng cáúp hảt Bng cáúp hảt gäưm 16 cáúp tỉì -2 âãún 14, thäng dủng nháút l tỉì cáúp âãún cáúp 8, säú cng låïn hảt cng nh b-Tênh âàóng hỉåïng ca âa tinh thãø : Do sỉû phán bäú ngáùu nhiãn ca cạc hảt âa tinh thãø, phỉång mảng ca chụng sàõp xãúp mäüt cạch báút k nãn dë hỉåïng khäng cn thãø hiãûn nỉỵa Do váûy âa tinh thãø cọ âàóng hổồùng giaớ Sồớ dộ goỹi laỡ õúng hổồùng giaớ vỗ tỉìng pháưn nh ca âa tinh thãø (hảt) váùn thãø hiãûn dë hæåïng 14 ... ny s xy phạ hy 1.3.3.Âån tinh thãø vaì âa tinh thãø : 1-Âån tinh thãø : Nãúu váût tinh thãø cọ mảng thäúng nháút v phỉång khäng thay âäøi ton bäü thãø têch goỹi laỡ õồn tinh thóứ óứ dóự hỗnh dung... tổỷ lión kóỳt caùc haỷt vồùi 12 Hỗnh 1.7 -Mọ hỗnh õồn tinh thóứ vaỡ õa tinh thóứ a) Âån tinh thãø b) Âa tinh thãø c) Aính tãú vi mỏựu õa tinh thóứ sau tỏứm thổỷc Hỗnh 1.8- nh cáúp hảt chøn ỉïng... hỗnh cuớa õồn tinh thãø l dë hỉåïng theo cạc phỉång khạc cọ máût âäü ngun tỉí khạc Cäng dủng ca âån tinh thãø l sỉí dủng cäng nghiãûp bạn dáùn v k thût âiãûn 2-Âa tinh thãø : Âa tinh thãø gäưm