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Eine '''Leerstelle''' (englisch ''vacancy'') ist in der [[Kristallographie]] ein Platz in der regelmäßigen Anordnung von [[Atom]]en, [[Ion]]en oder [[Molekül]]en im [[Kristallgitter]], der unbesetzt ist. Leerstellen entstehen bei der Kristallbildung selbst, werden aber auch durch nachträgliche Beeinflussungen des Kristalls beispielsweise durch [[Temperatur]]änderungen, [[Radioaktivität]] oder andere [[Strahlung]]sarten verursacht. | Eine '''Leerstelle''' (englisch ''vacancy'') ist in der [[Kristallographie]] ein Platz in der regelmäßigen Anordnung von [[Atom]]en, [[Ion]]en oder [[Molekül]]en im [[Kristallgitter]], der unbesetzt ist. Leerstellen entstehen bei der Kristallbildung selbst, werden aber auch durch nachträgliche Beeinflussungen des Kristalls beispielsweise durch [[Temperatur]]änderungen, [[Radioaktivität]] oder andere [[Strahlung]]sarten verursacht. | ||
Durch die Leerstelle wird die perfekte Translationssymmetrie im Kristall gebrochen. Leerstellen gehören deshalb zu den ''Kristalldefekten'' ([[Gitterfehler]]). Genauer gesagt handelt es sich um [[Punktdefekt]]e, weil nur punktuelle Veränderungen im Kristall auftreten (im Gegensatz zu [[Versetzung (Materialwissenschaft)|Versetzungen]], [[Korngrenze]]n und [[Stapelfehler]]n). | Durch die Leerstelle wird die perfekte [[Translationssymmetrie]] im Kristall gebrochen. Leerstellen gehören deshalb zu den ''Kristalldefekten'' ([[Gitterfehler]]). Genauer gesagt handelt es sich um [[Punktdefekt]]e, weil nur punktuelle Veränderungen im Kristall auftreten (im Gegensatz zu [[Versetzung (Materialwissenschaft)|Versetzungen]], [[Korngrenze]]n und [[Stapelfehler]]n). | ||
Da | Da [[Ionenkristall]]e zur [[Elektrische Ladung|Ladungs]]<nowiki></nowiki>neutralität gezwungen sind, kann es hier nicht zu einem Einzeldefekt kommen. | ||
Leerstellen in Ionenkristallen | Stattdessen können Leerstellen in Ionenkristallen durch [[Schottky-Defekt]]e oder [[Frenkel-Defekt]]e entstehen. | ||
== Historisches == | == Historisches == | ||
Die Existenz von Leerstellen war bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts unbestätigt und umstritten. Erst nach [[Ernest Kirkendall]]s Veröffentlichung von 1947,<ref>{{Literatur | Autor=E. O. Kirkendall | Titel=Diffusion of zinc in alpha brass | Sammelwerk=AIME TRANS | Band=147 | Jahr=1942 |Seiten=104–109}}</ref><ref>{{Literatur | Autor=A. D Smigelskas, E. O Kirkendall | Titel=Zinc diffusion in alpha brass | Sammelwerk=Trans. AIME | Band=171 | Jahr=1947 | Seiten=130–142}}</ref> die den heute nach [[Kirkendall-Effekt|Kirkendall benannten Effekt]] beschrieb, wurde die Fachwelt darauf aufmerksam, dass dieser mit | Die Existenz von Leerstellen war bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts unbestätigt und umstritten. Erst nach [[Ernest Kirkendall]]s Veröffentlichung von 1947,<ref>{{Literatur | Autor=E. O. Kirkendall | Titel=Diffusion of zinc in alpha brass | Sammelwerk=AIME TRANS | Band=147 | Jahr=1942 |Seiten=104–109}}</ref><ref>{{Literatur | Autor=A. D Smigelskas, E. O Kirkendall | Titel=Zinc diffusion in alpha brass | Sammelwerk=Trans. AIME | Band=171 | Jahr=1947 | Seiten=130–142}}</ref> die den heute nach [[Kirkendall-Effekt|Kirkendall benannten Effekt]] beschrieb, wurde die Fachwelt darauf aufmerksam, dass dieser mit [[Diffusion]]s<nowiki></nowiki>mechanismen ohne Leerstellen nur schwer zu vereinbaren ist. Ab 1950 begann sich dann die Erkenntnis durchzusetzen, dass Leerstellen zur Erklärung der Diffusion unverzichtbar sind und dass sie eine bedeutende Rolle in Festkörpern spielen können. | ||
== Nachweis == | == Nachweis == | ||
Der Nachweis von Leerstellen und die Bestimmung ihrer Konzentration ist | Der Nachweis von Leerstellen und die Bestimmung ihrer Konzentration ist u. a. mit Hilfe der Bestimmung der [[Lebensdauer (Physik)|Lebensdauer]] von [[Positron]]en möglich. Diese diffundieren durch den Kristall und suchen nach Leerstellen, in denen sie sich bedingt durch das [[Potential (Physik)|Potential]] bevorzugt aufhalten: da in solchen Leerstellen die [[Elektronendichte]] niedriger ist als im umgebenden Kristall, wird dort die Lebensdauer der Positronen nämlich verlängert. Mit Hilfe der Messung der emittierten Strahlung kann also der Ort der Leerstelle bestimmt und durch die Lebensdauermessung die Größe der Leerstelle abgeschätzt werden. | ||
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Eine weitere sehr weit verbreitete Methode stellt die [[Ätzen|Ätzungsmethode]] da. Dabei wird das Schliffbild eines Kristalls geätzt und die [[Versetzung (Materialwissenschaft)|Versetzung]]en treten an der Oberfläche als charakteristische Lücken auf. Da sich je nach Ebene, auf die die Ätzung angewandt wird, unterschiedlich geformte Lücken ergeben, kann man anhand dieses Verfahrens die [[Kristallorientierung|Orientierung des Kristalls]] feststellen. | |||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Aktuelle Version vom 27. Januar 2022, 14:52 Uhr
Eine Leerstelle (englisch vacancy) ist in der Kristallographie ein Platz in der regelmäßigen Anordnung von Atomen, Ionen oder Molekülen im Kristallgitter, der unbesetzt ist. Leerstellen entstehen bei der Kristallbildung selbst, werden aber auch durch nachträgliche Beeinflussungen des Kristalls beispielsweise durch Temperaturänderungen, Radioaktivität oder andere Strahlungsarten verursacht.
Durch die Leerstelle wird die perfekte Translationssymmetrie im Kristall gebrochen. Leerstellen gehören deshalb zu den Kristalldefekten (Gitterfehler). Genauer gesagt handelt es sich um Punktdefekte, weil nur punktuelle Veränderungen im Kristall auftreten (im Gegensatz zu Versetzungen, Korngrenzen und Stapelfehlern).
Da Ionenkristalle zur Ladungsneutralität gezwungen sind, kann es hier nicht zu einem Einzeldefekt kommen. Stattdessen können Leerstellen in Ionenkristallen durch Schottky-Defekte oder Frenkel-Defekte entstehen.
Historisches
Die Existenz von Leerstellen war bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts unbestätigt und umstritten. Erst nach Ernest Kirkendalls Veröffentlichung von 1947,[1][2] die den heute nach Kirkendall benannten Effekt beschrieb, wurde die Fachwelt darauf aufmerksam, dass dieser mit Diffusionsmechanismen ohne Leerstellen nur schwer zu vereinbaren ist. Ab 1950 begann sich dann die Erkenntnis durchzusetzen, dass Leerstellen zur Erklärung der Diffusion unverzichtbar sind und dass sie eine bedeutende Rolle in Festkörpern spielen können.
Nachweis
Der Nachweis von Leerstellen und die Bestimmung ihrer Konzentration ist u. a. mit Hilfe der Bestimmung der Lebensdauer von Positronen möglich. Diese diffundieren durch den Kristall und suchen nach Leerstellen, in denen sie sich bedingt durch das Potential bevorzugt aufhalten: da in solchen Leerstellen die Elektronendichte niedriger ist als im umgebenden Kristall, wird dort die Lebensdauer der Positronen nämlich verlängert. Mit Hilfe der Messung der emittierten Strahlung kann also der Ort der Leerstelle bestimmt und durch die Lebensdauermessung die Größe der Leerstelle abgeschätzt werden.
Eine weitere sehr weit verbreitete Methode stellt die Ätzungsmethode da. Dabei wird das Schliffbild eines Kristalls geätzt und die Versetzungen treten an der Oberfläche als charakteristische Lücken auf. Da sich je nach Ebene, auf die die Ätzung angewandt wird, unterschiedlich geformte Lücken ergeben, kann man anhand dieses Verfahrens die Orientierung des Kristalls feststellen.