Overbygning (kondensert materiale) - Superstructure (condensed matter)
I faststoffysikk er en overbygning en tilleggsstruktur som er lagt på en gitt krystallinsk struktur. Et typisk og viktig eksempel er ferromagnetisk bestilling.
I bredere forstand blir begrepet "overbygning" brukt på polymerer og proteiner for å beskrive ordning på en lengdeskala større enn for monomere segmenter.
I krystaller
I et krystall, en overbygning manifesterer seg gjennom ytterligere refleksjoner i diffraksjons- mønstre, for eksempel i lavenergi elektrondiffraksjon ( LEED ) eller røntgendiffraksjons- eksperimenter . Ofte dukker det opp et sett med svake diffraksjonsflekker mellom de sterkere flekkene som tilhører det som kalles underkonstruksjonen. I noen tilfeller skjer en faseovergang, f.eks. Ved høyere temperaturer, hvor overbygningen forsvinner og materialet går tilbake til den enklere underkonstruksjonen. Ikke alle forbindelser har en overbygning.
Superspottene i diffraksjonsmønstre representerer en modulering av underkonstruksjonen som fører til at den iboende oversettelsessymmetrien til (underkonstruksjonen) gitteret blir krenket litt eller at størrelsen på strukturens repeterende motiv økes. Man kan snakke om symmetri som bryter oversettelsessymmetrien til gitteret, selv om rotasjonssymmetri kan gå tapt samtidig.
Forholdsmessige saker
Hvis superspottene er lokalisert ved enkle brøker av vektorene til det gjensidige gitteret i underkonstruksjonen, f.eks. Ved q = (½, 0,0), er den resulterende ødelagte symmetri et multiplum av enhetscellen langs den aksen. En slik modulering kalles en tilsvarende overbygning.
Uforholdsmessige tilfeller
I noen materialer vil superspotter forekomme i posisjoner som ikke representerer en enkel brøkdel, si q = (0,5234,0,0). I dette tilfellet har strukturen strengt tatt mistet all translasjonell symmetri i en bestemt retning. Dette kalles en uforlignelig struktur.
Årsaker
Det er i utgangspunktet tre typer overbygg i krystaller:
Magnetiske overbygg
Når et krystallinsk materiale som inneholder atomer med ukompensert elektron-spinn, blir avkjølt, forekommer bestilling av disse spinnene vanligvis når den termiske energien er liten nok til ikke å overstyre interaksjonen mellom nærliggende spinn. Hvis bestillingen ikke viser den samme symmetrien som den originale enhetscellen til det krystallografiske gitteret, vil det oppstå en overbygning. I dette tilfellet er superspotene vanligvis bare synlige i nøytrondiffraksjonsmønstre , fordi nøytronen er spredt både av kjernen og av de magnetiske momentene til elektronspinnene.
Feilbestilling
Mange legeringer av elementer som ligner hverandre kjemisk, vil danne en struktur ved høyere temperaturer der de to elementene opptar lignende posisjoner i gitteret tilfeldig. Ved lavere temperaturer kan det forekomme bestilling der krystallografiske posisjoner ikke lenger er ekvivalente fordi det ene elementet fortrinnsvis opptar det ene stedet og det andre det andre. Denne delvise bestillingsprosessen kan senke oversettelsessymmetrien og resultere i en annen, større enhetscelle.
Displacive overganger
I noen overganger vil et antall atomer som okkuperer krystallografiske posisjoner som opprinnelig var ekvivalente, bevege seg litt bort fra deres ideelle posisjoner i henhold til et bestemt mønster. Dette mønsteret eller gjentakelsesmotivet kan spenne over flere enhetsceller. Årsaken til dette fenomenet er de små endringene i kjemisk binding som favoriserer formasjoner av semi-vanlige og større klynger av atomer. Selv om de har den uforvrengte underkonstruksjonen, er disse materialene vanligvis 'umettede' i den forstand at et av båndene i båndstrukturen bare er delvis fylt. Forvrengningen endrer båndstrukturen, og deler båndene delvis opp i mindre bånd som kan fylles eller tømmes mer for å senke energien i systemet. Denne prosessen kan imidlertid ikke fullføres, fordi underkonstruksjonen bare tillater en viss forvrengning. Overbygninger av denne typen er ofte uforlignelige. Et godt eksempel finnes i strukturovergangene til 1T- TaS 2 , en forbindelse med et delvis fylt, smalt d-bånd (Ta (IV) har ad 1- konfigurasjon).