§4.9 Кристалдық құрылымның ақаулары Ақаулардың қатты денелердің физикалық қасиеттеріне әсері

Осыған дейін кристалл элементі идеал периодтық тәртіппен орналасқан, олар тек өзінің тепе-теңдік қалпының төңірегінде ғана тербеледі деп келген болатын едік. Шын мәнінде мұндай кристалдар кездеспейді.

Олай болса нақты кристалдарда кейбір себептерден әртүрлі ақаулар пайда болады:

-нүктелік ақау-негізгі заттағы кристалдық тор түйіндері бос, атом түйіндері арасындағы атомдар кезектесіп (ретті) орналасу тәртібінің бұзылуы, ал қоспа атомдарда өзінің өлшеміне байланысты түйіндерге және атом түйіндерінің арасына орналасады. Осындай ақаулар әсерінен кристалдық тордың тығыздығы, диэлектрлік өтімділігі, меншікті жылу сыйымдылығы серпімділік қасиеті, беріктілігі, электр өткізгіштігі, феромагниттігі және басқа көптеген қасиеттерінің өзгеруі, нүктелік ақау немесе сезімтал емес құрылым деп аталады. Олар тор реттілігінің дұрыстығының бұзылуына әкеп соғады.

Практикада кристалдардың беріктілігі, олардың теориялық беріктілігінен жүздеген есе төмен болады. Нақты кристалл торы идеал кристалдардан өзгеше болады. Олардың ішінде әрқашан ішкі ақаулар, бөлшектермен толтырылмаған бос орындар болады. Кристалдық тордың бетіндегі және ішіндегі болымсыз ақаулар салдарынан кристалл тұтастығы бұзылады. Мысал ретінде тас тұзды қарастырайық. Тас тұздың кристалдары ионды кристалл торының үлгісі болып табылады. Натрийдің оң иондары және хлордың терісиондары куб торының түйіндерінде орналасқан. Үйреншікті температурада тас тұз жақсы изолятор. Бірақ 600⁰С-тан жоғары температурада (балқу температурасы 780⁰С) структурасы өзгере бастайды да (ақау пайда болады) бөлшектерді өткізе бастайды. Кристалл арқылы тог жүргені байқалады.

Кристалдың электр өткізгіштігі температураның өсуімен бірге тез өседі. Потенциал айырмасы үлкен кезінде тесілу болады да, одан тог көп өсіп кетеді. Тесілу кристалға тікелей күшті электр өрісінің (10⁶ В/см) әсерінен және кристалдың бір жерінің күшті қызуы есебінен болуы мүмкін; оны жылудан тесілу дейміз (жылу әсерінен ақау пайда болады).

Кристалл ішінде толып жатқан микроскопиялық тар саңлаулар және тордың басқа ақаулары кездеседі, олар кристал өткізгіштігінде үлкен рөл атқарады.

Нүктелік ақаудан басқада ақаулар кездеседі, олар кейбір сызықтарға жақын жерге жинақталады (топталып жиналады). Алсызықты-монокристалл шекарасында тегіс ақауларкездеседі. Алфазаның қосылу кезінде кеңістіктік (көлемдік) ақаулар кездеседі.

Қазіргі кезде қатты дене физикасын зерттеу жұмыстарында кристалдың ақауларына көп көңіл бөледі. өйткені ақаулар әсері кристалдың барлық қасиеттеріне әсер етеді, мысалы:

- қоспалы жартылай өткізгіштің концентрация тасымалдаушысымен типтері;

- төменгі температурадағы тасымалдаушының қозғалғыштығы;

- генерация процесіндегі, тасымалдаушының жабысу және рекомбинациясы;

- әсіресе, төменгі температурадағы кристалдық тордың, жылу өткізгіштігі;

- диффузия процесі және иондық өткізгіштіктері;

- механикалық қасиеттері;

- шығу жұмысы;

- сәулелену кезіндегі әсерлесу т.б.

Егер еркінкристал суыту жолымен кристалданса, онда суытудың бірінші моментінде кристалдың ақау саны балқу температурасына сәйкес өте үлкен болады, одан әрі суытуды жалғастырсақ ақауы суыту жылдамдығына байланысты болады.