結構相變

超晶格(superlattice)

當一個無序合金有序化時,化學圖樣會取得比原本晶格更長的重複週期。超晶格就是這個更大、有序的圖樣——一個「真正單位晶胞」(計入哪種原子坐哪裡)比無序母相晶胞更大的結構,因為化學現在是每隔數個母相晶胞才重複一次,而非每一個都重複。如果無序晶體是一片素色的地磚,超晶格就是有人在其上規則地畫上跨越數塊磚的圖案後的同一片地板。

以有序的 Cu3Au 為例。金屬原子仍坐在素樸的 FCC 晶格上,但金只佔角、銅只佔面心,因此化學上有區別的重複單元是整個 FCC 立方體——一個建立在 FCC 骨架上的超晶格。這在繞射中會清楚顯現:出現了在無序晶體中被禁止的額外反射。無序 FCC 只會出現 h, k, l 全奇或全偶的反射;有序化「開啟」了混合指數的超晶格反射,如 (100) 與 (110)。它們的強度正比於 (f_Au 減 f_Cu)^2 乘以 S^2,其中 f 是原子散射因子、S 是序參數——所以超晶格峰實實在在地量出了合金的有序程度。

由於超晶格反射在合金完全無序時消失、隨有序化而增強,它們正是有序化的直接實驗指紋。一個誠實的提醒:「超晶格」這個詞也用來指完全不同的東西——人工交替疊放的薄膜堆(成長超晶格)——所以要看上下文;在此它指的是化學有序的超結構。

用 X 光繞射比較無序與有序的 Cu3Au:無序時只見 (111)、(200) 等基本反射;有序化後,(100)、(110) 這些原本被禁止的「超晶格反射」冒了出來。它們的強度正比於 (f_Au 減 f_Cu)^2 乘以 S^2,因此峰的高低直接讀出合金有多有序。

超晶格:化學有序造成的超結構(週期大於母晶格),繞射中出現原本被禁止的超晶格反射(如 Cu3Au 的 (100)、(110))。

「超晶格」一詞有兩義:此處指化學有序造成的超結構(週期比母晶格大,繞射出現超晶格反射);另一義是人工交疊薄膜的超晶格,兩者不可混淆。超晶格反射強度正比於 (f_A 減 f_B)^2 乘以 S^2,因此可直接量測有序度。

又称
ordered superstructuresuperstructure超結構