3 Вакуум и твердое тело, жидкие кристалы

Вакуум – состояние газа, имеющего плотность, меньшую его плотности при нормальных физических условиях. Характеристикой вакуума является отношение (средней дины свободного пробега) к расстоянию между электродами , где движутся молекулы и ускоряются или тормозятся заряженные частицы.

Различают низкий, средний и высокий вакуум. Низкий вакуум – разряженность газа, при которой , средний вакуум – , высокий вакуум – .

Примерная разбивка по давлениям:

1101 [Па] – низкий вакуум;

110^2 [Па] – средний вакуум;

10^210^5 [Па] – высокий вакуум;

10^510^7 [Па] – сверхвысокий вакуум.

Вакуум обеспечивается методом откачки объема при помощи насосов. Существует большое количество типов насосов, обеспечивающих вакуум той

Поскольку в вакуумной наноэлектронике применяются только кристаллы и жидкие кристаллы, остановимся только на них.

Кристаллизация. В этом случае в жидкости, охлажденной до определенной температуры, появляются области с упорядоченным расположением прочно связанных между собой частиц (кристаллы), которые при дальнейшем охлаждении вещества разрастаются путем присоединения к ним частиц из жидкой фазы и охватывают в конце весь объем вещества.

При кристаллизации возникновение специфических свойств вещества как твердого тела обусловлено увеличением сил связи между молекулами или атомами не в результате уменьшения расстояния между ними, а вследствие упорядоченного их расположения.

Упорядоченное расположение молекул и атомов в твердом теле приводит к образованию некоторой правильной структуры, которая имеет название «кристаллическая решетка» и представляет собой «объемную сетку»³, в узлах которой располагаются частицы (атомы, ионы или молекулы). В основе любой кристаллической решетки лежит элементарная кристаллическая ячейка с характерным для данной решетки расположением атомов.

Доказательством наличия у твердого тела кристаллической решетки являются результаты рентгенографии и электронографии. Только эти методы могут позволить обнаружить кристаллическую решетку. Это обстоятельство объясняется тем, что длина волны (де Бройля в случае ) сравнима с периодом кристаллической решетки 520 Å и дифрагирует на решетке. Период кристаллической решетки является вторым ее параметром.

Характерной особенностью кристалла является анизотропия его свойств, т.е. зависимость его свойств от свойств макроскопического тела, от направления, связанного с некоторой системой координат.

Другие физические свойства обладают также анизотропией (тепловые, оптические, электрические), что подтверждает практика. К электрическим свойствам можно отнести электронную эмиссию, которая зависит от работы выхода, а последняя, в свою очередь, зависит от расположения и ориентации эмиттирующей плоскости кристалла.

В конце ХIX века были открыты вещества, свойства внутренней структуры которых в жидком состоянии имели черты, характерные как для жидкости, так и для твердого тела. Такое состояние вещества называют мезоморфным, что означает состояние с промежуточной структурой, а вещества – жидкими кристаллами. Вещество в жидком состоянии обладает текучестью и принимает форму сосуда, в котором находится. Ориентация молекул в жидкости, даже если она имеет место, имеет ближний порядок в диапазоне нескольких молекулярных слоев. В твердом кристалле, наоборот, молекулы строго ориентированы во всем объеме и имеют дальний порядок.

Жидкие кристаллы – это вещества, имеющие при данных температурных условиях характер жидкости и твердого тела. Встречаются они часто. Из 200 вновь синтезированных веществ – одно жидкокристаллическое.

Классификация жидких кристаллов. Различают три типа жидких кристаллов: смектические, нематические, холестерические.