無序、玻璃與局域化
空位
/ VAY-kuhn-see /
想象一座電影院,每個座位都坐了人,只有一個空著——有人起身走了。在本來坐滿的一排裡那把唯一的空椅,就是有序排佈裡最簡單的一種瑕疵。在原子坐成整齊重複網格的晶體裡,空位正是這個:點陣上本該有原子、卻沒有的那個位置。
空位是一種點缺陷,由一個缺失的原子構成——晶體點陣中一個無人佔據的格點。空格點周圍的原子會略略向內鬆弛,因為它們的鄰居走了,留下一小塊應變區。只要晶體在絕對零度以上,空位就會自然形成:熱顫動偶爾把一個原子撞出它的位置,而溫度越高,晶體攜帶的空位就越多。它們也並非凍在原地——相鄰的原子能跳進這個空格點,這就讓空位看起來像在晶體裡移動。
空位之所以重要,是因為它是原子在固體裡旅行的主要方式:一個原子靠跳進相鄰的空位來移動,所以空位使擴散成為可能,讓材料在應力下緩慢蠕變,也幫助摻雜劑在晶片製造時鋪展開。常見的誤解是把那個空洞本身想象成在爬行。其實真正移動的是原子,一個接一個地跳進空缺;空位的「移動」只是對最新那個空位落在哪兒的記賬。
給一根銅絲加熱,原子便藉助空位在其中擴散——每個銅原子等到一個相鄰的空格點,然後跳進去,身後留下一個新的空位。正是這種由空位協助的挪移,讓金屬能被緩慢勻質化,讓焊點老化,也讓一根負重的金屬梁在高溫下經年累月地極緩慢下垂。沒有空位,固體裡的原子幾乎會被凍在原地。
原子靠跳進空位在固體裡擴散——那把讓整排人挪動起來的空椅子。
空位(缺一個原子)與間隙原子(多一個原子擠進縫隙)正好相反,兩者是不同的點缺陷。也別把空位和半導體物理裡的「空穴」搞混:那是缺一個電子,不是缺一個原子——儘管兩者都被說成是能移動的「缺席」。
又稱
另見