hrvatski

Istraživanje rasta kristala ravnotežnog oblika nestehiometrijskog bakar selenida

Monokristali kuglastog gotovo ravnotežnog oblika nestehiometrijskog bakar selenida izrastani su preinačenom Ohachijevom metodom, u njegovoj superionskoj visokotemperaturnoj fazi, na temperaturi oko 30 K nižoj od temperature hrapavljenja, T_R(111) = 830 K. Metoda je razvijena za ionsko-elektronske mješovite vodiče, a uključuje makroskopski prijenos, odnosno difuziju, mobilnih metalnih atoma kroz polikristalni uzorak uslijed nametnute razlike kemijskog potencijala, koristeći kapilarno suženje za izdvajanje jednog monokristala. Nekoliko velikih kuglastih monokristala gotovo ravnotežnog oblika narašteno je na vrhovima kapilara, u uvjetima u kojima je rast kontroliran dotokom atoma bakra (tzv. krutinski mod kristalizacije). Izračunat je oblik ovisnosti kemijskog potencijala duž difuzijskog puta metalnih atoma, prema Yokotinoj teoriji mješovite vodljivosti, uz stvarne geometrijske parametre polikristalnog uzorka i rastućeg monokristala. Modelni račun predviđa, a eksperimenti potvrđuju, da je pri stacionarnim uvjetima volumen rastućeg kristala linearno ovisan o vremenu. Pokazano je također da je volumna brzina rasta dV/dt obrnuto razmjerna ukupnom otporu za struju atoma bakra (ili geometrijskom faktoru). Izračunate i izmjerene brzine rasta uspoređene su međusobno, a razlike u njihovim apsolutnim vrijednostima raspravljene u svjetlu ograničenja uvjetovanih geometrijskim uvjetima eksperimenta. Tijekom rasta kuglastih monokristala površina kojih je djelomično zaobljena, a djelomično prekrivena plohama ({;111}; plohe), u uvjetima konstantne volumne brzine rasta, in situ su pomoću CCD kamere mjereni promjer kugle, promjeri ploha i udaljenosti ravnina ploha od središta kugle (visine ploha). Opažene su dvije nove osobitosti rasta. Prvo, uočeno je eksponencijalno relaksiranje oblika rastućeg kristala prema ravnotežnom, s jedinstvenim relaksacijskim vremenom od oko 1200 minuta, a drugo, oscilacije veličine ploha s periodom od oko 100 minuta, superponirane na relaksaciju oblika. Oscilacije veličine ploha praćene stepenastim rastom visine ploha u vremenu izgleda da su temeljna značajka rasta kristala čija je površina djelomično pokrivena plohama bez dislokacija, a oblik je blizak ravnotežnom. Ove oscilacije značajka su koja, izgleda, ima određenu sličnost s nedavno objavljenim opažanjem stepenastog modusa rasta granične površine između krutine i tekućine ^4He pri temperaturama između 2 mK i 250 mK. Za provjeru univerzalnosti i veličine kritičnog eksponenta θ koji opisuje profil površine u blizini ruba plohe koristili smo nekoliko milimetara velike kuglaste monokristale bakar selenida s dobro razvijenim plohama {;111};, koji su rasli na temperaturama oko 800 K i potom su brzo ohlađeni na sobnu temperaturu. Uvećane fotografije (52.5 puta) dijela kristalnog profila digitalizirane su s prostornom razlučivošću od 0.1904+-0.0001 μ m. Nakon niskopropusnog FFT filtriranja (uklanjanja visokofrekventnog šuma), položaj rubnih točaka projekcije kristala određen je kao skup mjesta ekstrema prve derivacije zacrnjenja svakog pojedinog retka. Za pretpostavljenu kritičnu ovisnost z = A(x-x_0)^θ , primjena inverzne logaritamske derivacije na izglađene točke kristalnog profila otkriva doseg intervala u kojima postoje različita ponašanja, dajući u svakom od njih nezavisno određene indikativne vrijednosti parametara prilagodbe funkcijske ovisnosti θ i x_0 . U tri uočena različita područja na izvorne podatke je primijenjen Levenberg-Marquardt postupak nelinearnog prilagođavanja funkcijske ovisnosti eksperimentalnim podacima. U atomski hrapavom području, najudaljenijem od ravne plohe, ponašanje je dobro opisano kritičnim eksponentom θ =2.5 ili funkcijskom ovisnošću Andreeva z=A(x_0-x)^2+B(x_0/x)^4 (što odgovara vrijednosti kritičnog eksponenta predviđenoj u okviru teorije srednjeg polja, θ _MF = 2). U stepenastom području, za φ = 13.98^0 - 17.12^0 (kut nagiba površine u odnosu na ravninu plohe) određen je kritični eksponent θ = 1.499+-0.003, u slaganju s vrijednošću predviđenom za Pokrovsky-Talapov klasu univerzalnosti (u okviru modela koji uzima u obzir fluktuacije u gustoći stepenica). Omjeri vrijednosti energije međudjelovanja stepenica, slobodne energije stepenica i slobodne energije ravne plohe, dobiveni iz prilagodbe parametara funkcijske ovisnosti podacima, uspoređeni su s objavljenim vrijednostima za monokristale ^4He, Si i Pb. Ponašanje u neposrednoj blizini ruba plohe razmatrano je u svezi s dinamičkim pojavama nedavno opaženim na različitim monokristalima tijekom rasta (bakar selenid, ^4He) ili uravnoteživanja (Pb).

bakar selenid; ravnotežni oblik kristala; superionski vodiči; rast kristala; Ohachijeva metoda; volumna brzina rasta; oscilacije veličine ploha; stepenasti modus rasta; kritični eksponent; Pokrovsky-Talapov klasa univerzalnosti; slobodna energija

nije evidentirano