دکتر بهناز اکبرنواز (استاد فیزیک دانشگاه اصفهان) – کامپیوترها، تلویزیونهای جدید و تلفن های همراه نمونه‌هایی از تجهیزاتی هستند که همه روزه با آنها سروکار داریم و جهت بررسی رفتارهای آنها نیاز به مطالعه فیزیک حالت جامد است.
به گزارش بادیجی به نقل از ICTPRESS ، محققان فیزیک حالت جامد ساختار درونی جامد را مطالعه می‌کنند. آنها در تلاشند که با درک رفتار اتمها و مولکولها، خواصی که جامدات از خود نشان می‌دهند را تحلیل کنند.
این مطالعات به دستاوردهای ناشناخته و جدیدی در خواص مواد منجر شده است.
ساخت ترانزیستورها بر پایه نظریات خواص الکتریکی جامدات نیمه رسانا، که توانست جای لامپهای خلاء حجیم در رادیوها، کامپیوترها و خیلی از ابزارهای دیگر را بگیرد و ساخت لیزر بر اساس بررسی رفتار یاقوت در جذب و نشر امواج نوری، دو مورد از پیشرفت‌های اساسی در زمینه فیزیک حالت جامد است که در طول تاریخ همواره مورد توجه قرار می‌گیرد و روند پیشرفت صنایع را متحول کرده است.
هم اکنون ابزارهای حالت جامد اغلب با پیش‌بینی‌های نظری ساخته می شوند تا خواص دلخواه را داشته باشند.
نخستین بار در سال 1912 بود که ماکس فون لاو نشان داد کریستال‌ها، اشعه ایکس را به شکل منظمی متفرق می کنند.
تفرق اشعه ایکس مشخص می کرد که یک کریستال، شکل منظمی از اتمها یا مولکولها را در الگویی مرتب نشان می‌دهد.
هم اکنون از روش تفرق اشعه ایکس جهت بررسی خواص کریستال‌ها از جمله، میزان کریستالی بودن مواد، ساختار کریستالی، اندازه کریستال‌ها و پارامترهای شبکه‌ای استفاده می‌شود.
در حالت کلی ماده در سه حالت مختلف جامد، مایع و گاز قرار دارد. در این حالت‌ها، ماده سه حالت کلی نظم را می‌تواند به خود بگیرد.
آرایش بی‌نظم، آرایش منظم در برد کوتاه (Short-Range Order (SRO و آرایش منظم در برد بلند (Long-Range Order (LRO .
شکل زیر ساختارهای اتمی و یونی مواد با درجه نظم مختلف را نشان می‌دهد.
همانظور که قابل مشاهده است شکل a ساختار بی‌نظم، شکل b و c ساختارهای منظم در برد کوتاه و شکل d ساختار در برد بلند را نشان می‌دهند.
موادی شامل گازهای تک اتمی مانند آرگون، حتی در بعد کوتاه هم نظمی ندارند و مواد نامنظم نامیده می‌شوند.
این در حالی است که مواد منظم در بعد کوتاه، مانند آب، شیشه‌های سیلسکاتی و بسیاری از پلیمرها، فقط در برد چند اتمی و مولکولی دارای نظم هستند.
در نهایت مواد منظم در برد بلند مانند بسیاری از فلزات و آلیاژها، نیمه‌هادی‌ها، سرامیک‌ها و بعضی از پلیمرها دارای نظمی در بردی فراتر از برد اتمی و مولکولی(تقریبا بزرگتر از 10 نانومتر) هستند.
قابل ذکر است که برخی از مواد می‌توانند در شرایط مختلف درجات مختلف نظم را به خود بگیرند از این دسته از مواد می‌توان به کریستال‌های مایع (Liquid Crystals) اشاره کرد که در صفحات ال سی دی استفاده می شوند.
با اعمال میدان خارجی مولکولهای قطبی به گردش در آمده و به سطح معینی از نظم می رسند.
بر این اساس مواد منظم با برد کوتاه را مواد آمورف (Amorphous Materials) و مواد منظم با برد بلند را مواد کریستالی(Crystalline Material) می‌گویند.
همانطور که اشاره شد جامدهای غیرکریستالی یا آمورف از اتمها، یونها، یا مولکولهایی که به شکل تصادفی در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده‌اند که هیچ طرح منظم یا ساختار شبکه ای معینی را ایجاد نمی کنند.
موادکریستالی:
جامد کریستالی شکل جامدی از ماده است که در آن اتمها یا مولکولها در یک طرح تکرار شونده معین در سه بعد مرتب شده اند.
در واقع در کریستال‌ها اتمها با الگویی که در سه بعد تکرار می شود، کنار هم قرار می گیرند. به این آرایش منظم سلول واحد (Unit Cell) گفته می‌شود.
علاوه بر مشخص بودن شکل هندسی، خاصیت ناهمسانگردی (تفاوت خواص در جهات مختلف کریستالی) و تقارن از خصوصیات دیگر کریستال‌ها است.
مواد کریستالی به دو دسته مواد تک‌بلور (SingleCrystal) و چند‌بلور (PolyCrystal) تقسیم می‌شود.
تک کریستال ساختار اتمی دارد که به طور منظم در کل حجم تکرار می شود.
تک کریستال‌ها در بهترین حالت ممکن هستند و درجه نظم بالایی دارند و تکرار هندسی منظم آنها در تمامی حجم ماده دیده می‌شود.
نظرات کاربران