刃差排(edge dislocation)
想像一本厚書,書頁整齊疊好。現在從上方多塞進一張「半頁」,讓它往下楔入到一半、停在書的中間。就在那張多出來半頁的下緣,上方的書頁被擠得密密的,下方的書頁則得彎曲、撐開來讓出空間。刃差排正是如此:一個晶體從某一側多推進了一個「半原子面」,而那個半原子面在晶體內部「終止」的那條線,就是差排。它是一種線缺陷——沿著一條線延伸、而不是只坐落在單一點上的瑕疵。
確切的圖像是這樣。拿一疊完美的原子面,讓其中一面提早結束——它出現在晶體上半部,卻在下半部缺席。這個提前終止的原子面的邊緣,就是差排線。線的正上方原子被擠壓(受壓),正下方原子被拉開(受張),而正落在線上的原子則嚴重錯位——這就是核心,只有幾個原子間距那麼寬。決定性的量度是柏格斯向量 b,它指向那個多餘半面若要合攏所需移動的方向;對刃差排而言,b「垂直」於差排線。這個垂直關係就是刃型的招牌。
這為什麼重要?因為那個多出來的半面可以「移動」。對晶體從側面施力,半面不必一次整個扯開——它可以把自己的落腳處挪過一列原子,再挪下一列,再下一列,就像地毯上滾過的一個小皺褶,讓你搬動一整張重地毯而不必一次拖動全部。每一步只需要極小的力。這就是滑移,也是真實金屬會在遠比完美晶體所能承受的應力小十到一百倍時就彎曲、降伏的原因。刃差排,正是金屬之所以「軟」的所在。
在簡單立方模型中,把某一垂直原子面的下半部拿掉。留下的半面下緣那一列原子就是差排線,方向指入紙面。沿著這條線繞一小圈、一個原子接一個原子地走,你會停在比出發點少一個原子步的地方;這個缺口——長一個晶格間距、方向水平——就是柏格斯向量,與差排線成直角,正如刃差排所要求。
刃差排 = 一個多出來的半原子面;它的柏格斯向量垂直於差排線,而差排線沿 b 的方向滑移。
「多出來的半面」是常見的簡稱,但差排指的是半面邊緣的那條「線」,而不是整個面。半面看起來像從上方或下方插入,只是把同一個缺陷的正負號(正刃或負刃)翻過來而已。