无序、玻璃与局域化
空位
/ VAY-kuhn-see /
想象一座电影院,每个座位都坐了人,只有一个空着——有人起身走了。在本来坐满的一排里那把唯一的空椅,就是有序排布里最简单的一种瑕疵。在原子坐成整齐重复网格的晶体里,空位正是这个:点阵上本该有原子、却没有的那个位置。
空位是一种点缺陷,由一个缺失的原子构成——晶体点阵中一个无人占据的格点。空格点周围的原子会略略向内松弛,因为它们的邻居走了,留下一小块应变区。只要晶体在绝对零度以上,空位就会自然形成:热颤动偶尔把一个原子撞出它的位置,而温度越高,晶体携带的空位就越多。它们也并非冻在原地——相邻的原子能跳进这个空格点,这就让空位看起来像在晶体里移动。
空位之所以重要,是因为它是原子在固体里旅行的主要方式:一个原子靠跳进相邻的空位来移动,所以空位使扩散成为可能,让材料在应力下缓慢蠕变,也帮助掺杂剂在芯片制造时铺展开。常见的误解是把那个空洞本身想象成在爬行。其实真正移动的是原子,一个接一个地跳进空缺;空位的「移动」只是对最新那个空位落在哪儿的记账。
给一根铜丝加热,原子便借助空位在其中扩散——每个铜原子等到一个相邻的空格点,然后跳进去,身后留下一个新的空位。正是这种由空位协助的挪移,让金属能被缓慢匀质化,让焊点老化,也让一根负重的金属梁在高温下经年累月地极缓慢下垂。没有空位,固体里的原子几乎会被冻在原地。
原子靠跳进空位在固体里扩散——那把让整排人挪动起来的空椅子。
空位(缺一个原子)与间隙原子(多一个原子挤进缝隙)正好相反,两者是不同的点缺陷。也别把空位和半导体物理里的「空穴」搞混:那是缺一个电子,不是缺一个原子——尽管两者都被说成是能移动的「缺席」。
又称
另见