Nedir? Kimdir?

KRİSTAL YAPI

Katıhal fiziğinin başlıca ilgi alanı kristaller ve bu kristallerdeki elektronlardır. Katıhal fiziğinin başlangıcı, bu yüzyılın başlarında X-ışınlarının kırınımı olayının keşfedilmesi ve kristal özelliklerini başarıyla öngören bir dizi basit model hesapların yayınlanmasıyla olmuştur.

Bir kristal kararlı bir ortamda büyümeye başladığında meydana gelen yapı, birbirine özdeş yapıtaşlarının art arda eklenmesiyle oluşur (Şek. 1). Bu yapıtaşları tek atomlar veya atom grupları olabilir. O halde kristal, atom gruplarından oluşan üç boyutlu bir örgüdür. Bu yapı daha 18. yüzyılda mineralojistler tarafından biliniyordu. Bir kristalde tüm  yüzeylerin   doğrultman  indislerinin   tamsayılarla  belirleniyor  olması,   daha sonra inceleyeceğimiz   gibi,    ancak   özdeş   parçacıkların   periyodik   bir   örgü oluşturmalıyla açıklanabiliyordu.

1912 yılında Münih’deki Bavyera Bilimler Akademisi’ne “Röntgen ışınlarıyla girişim olayları” başlıklı bir makale sunuldu. Makalenin birinci kısmında Laue, periyodik bir örgüde x-ışmlarının girişimi üzerine elemanter bir teori geliştirmişti. İkinci kısımda ise Friedrich ve Knipping, kristallerde x-ışmları ile yapılan ilk kırınım deneylerinin sonuçlarını rapor ediyorlardı.

Bu çalışmalar kristallerin periyodik olarak dizilmiş atomlardan oluştuğunu kesin olarak kanıtladı. Bu kristal modelinden yola çıkan fizikçiler artık daha ileriye gidebilirlerdi. Nitekim araştırmalar, amorf ve kristal olmayan katılar, cam ve sıvılara da genişletildi. Yoğun Madde Fiziği olarak bilinen bu geniş alan fiziğin belki de en canlı araştırma alanıdır.

İdeal Olmayan Kristal Yapıları
Klasik kristalograflnin ideal kristali özdeş birimlerin uzayda düzgün bir şekilde tekrarıyla oluşur. Ancak, mutlak sıfır sıcaklıkta özdeş atomların minimum enerjili yerleşme durumunun bu ideal yapı olacağının genel bir ispatı yoktur. Sonlu sıcaklıklarda bu idealin doğru olmadığı açıktır. Ote yandan, bir yapının makul bir zaman aralığında denge konumuna ulaşması her zaman mümkün olmayabilir. Doğada bulunan birçok yapı tam periyodik değildir. Bu yapılar için burada birkaç örnek verelim.

Rastgele Sıralama ve Çoktipli (Politip) Yapı
fcc ve hep yapıları sıkı paketlenmiş atomik tabakalardan oluşur, iki yapı arasındaki fark düzlemlerin sıralanışındadır. fcc yapısında ABC ABC … sırası takip edilirken hep yapısında AB AB AB … sıralaması oluşur. Doğada bu sıkı paketli tabakaların rastgele sıralandığı yapılara da rastlanır, iki boyutlu bir tabakada kristal yapı, üçüncü boyutta ise cam yapı olarak düşünebileceğimiz bu yapıya rastgele sıralama denir.

Çoktipli yapı bu rastgele sıralanmanın uzun seriler halinde tekrarlanması ile oluşur. En bilinen örneği çinko sülfit (ZnS) olup, bazıları 360 tabaka içeren 150 den fazla çoktipli gözlenmiştir. Diğer bir örnek olan silisyum karbür (SiC) sıkı paketlenmiş 45 den fazla tabaka serisinden oluşur. 393R adıyla bilinen SiC çoktiplisi için a = 3.079 Â ve c = 989.6 Â ölçülmüştür. SiC için gözlenmiş olan en uzun ilkel hücre 594 tabakanın tekrarıyla oluşur.

Verilen bir seri tek bir kristal içinde defalarca tekrar edilir. Böyle uzun erimli bir kristal düzenini sağlayan mekanizma aslında uzun erimli bir kuvvetten doğmaz; kristali başlatan iyonlardaki dislokasyonların yol açtığı spiral adımların varlığı bu yapıya yol açar.