ГЛАВА 7. Дифракция на несовершенных кристаллах
7.1. Формулировка дифракционной задачи
7.1.1. Типы дефектов
Самце разнообразные дефекты, несовершенства и другие нарушения порядка, встречающиеся в реальных кристаллах, приводят к различным дифракционным эффектам, включая видоизменения резких максимумов в узлах обратной решетки и непрерывного распределения интенсивности областей фона между этими максимумами. Эти эффекты представляют интерес не только потому, что указывают на ограниченность используемой для целей структурного анализа модели идеального кристалла, но также и потому, что они дают одно из наиболее действенных средств для изучения природы дефектов в кристаллах.
Различают два основных класса кристаллических дефектов: дефекты, для которых можно определить усредненную периодическую решетку, и дефекты, для которых это сделать невозможно. Такая классификация искусственна и несовершенна, но она дает удобную отправную точку для дальнейшего рассмотрения. Первый класс дефектов включает в себя в основном локализованные дефекты, включая точечные, такие, как вакансии, атомы внедрения и замещения; сюда также относятся небольшие группы точечных дефектов и локализованные поля напряжений, связанные с точечными дефектами или их группами. В этих случаях дефект окружен трехмерным объемом кристалла, который характеризуется усредненной периодичностью и является системой отсчета или основой, относительно которой измеряются отклонения. Наиболее часто встречающийся пример отклонения от идеальной периодической кристаллической решетки получается в результате тепловых колебаний атомов вокруг своих средних положений в решетке.
Простейший вид дефектов второго класса, которые можно обнаружить, — плоский дефект или проходящая через кристалл плоскость двойникования, наличие которой приводит к тому, что элементарные ячейки по одну ее сторону имеют сдвиг или изменение ориентации по отношению к элементарным ячейкам по другую сторону. Тогда, хотя сдвиг или изменение ориентации между двумя частями кристалла можно легко определить, все же нельзя
отнести обе части к одной средней решетке. Для последовательности плоских дефектов или двойников, встречающихся через более или менее случайные произвольные интервалы, могут выполняться некие определенные геометрические соотношения между различными частями кристалла, несмотря на то что периодичность для решетки в целом утрачивается. В обратном пространстве будут появляться хорошо определенные резкие максимумы рассеивающей способности; хотя усредненная решетка не имеет к этому непосредственного отношения, но если все же ее выбирают, значительные отклонения от усредненной периодичности должны наблюдаться в большой части кристалла.
В более сложных случаях дефекты могут давать возрастающие отклонения от любой локально определенной правильной решетки в двух или трех измерениях. По мере того как возрастает частота появления дефектов и их разнообразие, уменьшается расстояние, в пределах которого можно проследить какую-либо корреляцию между атомными положениями, кристалличность материала ухудшается. В пределе, используя ошибки в периодичности, которые встречаются через каждые несколько элементарных ячеек во всех направлениях, можно описать структуру, подобную структуре жидкости. Однако такие крайние случаи встречаются в пределах плохо определенных граничных областей между аморфными и поликристаллическими материалами. Здесь мы ограничимся рассмотрением случаев, когда все же можно определить осевые направления и главные периодичности.
