Transcript Document
ELEMENTE DE FIZICA STĂRII CONDENSATE 1.1.Structuri cristaline 1.1.1. Stări structurale Corpurile solide pot prezenta , în raport cu gradul de ordonare , trei stări structurale : amorfă, mezomorfă şi cristalină. Starea amorfă corespunde unei distribuţii dezordonate a particulelor în spaţiu, lipsind orice orientare şi periodicitate. Dezordinea totală este caracteristică gazelor perfecte. Stări mezomorfe sunt considerate drept stări intermediare între starea cristalină şi starea amorfă. Din această categorie fac parte şi cristalele lichide. Astfel: - starea nematică prezintă o anumită distribuţie regulată monodimensională a particulelor alungite şi filiforme, - starea colesterică este creată de particule alungite şi spiriforme care au tendinţe de a se aranja în agregate cu axe peralele unidinensional, - starea smectică, particulele de formă tabulară se dispun în agregate cu feţele tabulare paralele, reprezintă un mod de aranjare bidimensional, adică particulele apar în plane orintate periodic, însă în interiorul lor nu există periodicitate. 1.1.3. Principii de simetrie Operaţiile de simetrie permit transformarea coordonatelor spaţiale fără a modifica distanţele dintre punctele materiale. Sunt posibile patru feluri de operaţii de simetrie: rotaţia, reflexia sau oglindirea, inversia şi translaţia. Operaţiile de simetrie care nu modifică tipul figurii cum sunt rotaţia şi translaţia se numesc de specia I-a, iar cele care modifică figura cum sunt reflexia şi inversia sunt de specia a IIa. Elementele de simetrie sunt elementele geometrice faţă de care se efectuează operaţiile de simetrie: puncte, direcţii, plane, vector de translaţie. Combinarea elementelor de simetrie creează noi elemente de simetrie. Grupurile spaţiale de simetrie sunt acele grupuri spaţiale care lasă un punct fix în spaţiu. Toate transformările spaţiale posibile care lasă cristalul identic cu sine formează grupul spaţial al cristalului. Proprietatea caracteristică a cristalelor constă în invarianţa în raport cu translaţiile. însăşi: Operaţia de translaţie face ca reţeaua să se suprapună cu ea R n1a 1 n 2 a 2 n 3a 3 R 0 Simetria de translaţie impune existenţa numai anumitor axe de rotaţie (Cn unde n=1,2,3,4 şi 6). Mulţimea tuturor translaţiilor admisibile formează reţeaua spaţială, denumită reţea Bravais a grupului spaţial al cristalului. Reţeaua Bravais împarte spaţiul tridimensional în domenii asemenea, denumite celule elementare. În cristalografie reţelele cristaline spaţiale se clasifică în 14 tipuri diferite de reţele Bravais. Celulele elementare care conţin un singur punct material se numesc simple sau primitive. Numărul punctelor materiale conţinute într-o celulă neprimitivă este dat de relaţia N NI NF NC 2 8 unde NI este numărul punctelor interioare, NF numărul punctelor situate pe feţe şi NC numărul punctelor situate în colţuri. Sistemul cu cea mai redusă simetrie este sistemul triclinic iar sistemul cu cea mai mare simetrie este sistemul cubic. 1.1.4. Indicii Miller Planele reţelei cristaline pot fi indicate prin distanţele de la origine până la punctele unde intersectează axele de coordonate. Inversele acestor valori, alegând parametrii ai pe cele trei axe de coordonate drept unitate, formează indicii planului, denumiţi indici Miller, care se notează (hkl), În general indicii Miller (hkl) definesc o familie de plane paralele şi echidistante (echivalente). Crystal Directions define a vector [h k l] between two lattice points when the direction is negative, instead of a minus sign, use a bar over the number. Number of grain boundaries in film (grain size) depends on deposition rate and substrate temperature. generally: - lower T => smaller grains => many boundaries - hight T => larger grains => fewer boundaries grain size is often proportional to film thicknes (thinner films tend to have smaller grains) 2. line defects - dislocations example: edge dislocation - from inserting an extra row of atoms distorts lattice => stresses (compression and tension) very common: often 1010 - 1012 dislocations/ cm2 in films form from: - film growth process - dislocations in substrate continuing into film - contamination on substrate