பொருளின் இரகசியங்களைத் திறத்தல்: படிக அமைப்பு மற்றும் அதன் பண்புகள் பற்றிய ஒரு ஆழமான பார்வை

உங்களைச் சுற்றிப் பாருங்கள். உங்கள் கையில் உள்ள ஸ்மார்ட்போன், ஒரு வானளாவிய கட்டிடத்தின் எஃகு விட்டங்கள், நமது டிஜிட்டல் உலகை இயக்கும் சிலிக்கான் சில்லுகள்—நவீன பொறியியலின் இந்த அற்புதங்கள் அனைத்தும் வெறும் கண்ணுக்குப் புலப்படாத ஒன்றால் வரையறுக்கப்படுகின்றன: அவற்றின் அணுக்களின் துல்லியமான, ஒழுங்கான ஏற்பாடு. இந்த அடிப்படைக் கட்டமைப்பு திட நிலை இயற்பியலின் களம், அதன் இதயத்தில் படிக அமைப்பு என்ற கருத்து உள்ளது.

படிக அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது என்பது வெறும் கல்விப் பயிற்சி அல்ல. இது பொருட்களின் பண்புகளைக் கணிப்பதற்கும், விளக்குவதற்கும், இறுதியில் வடிவமைப்பதற்கும் திறவுகோலாகும். ஏன் வைரம் கடினமான இயற்கைப் பொருளாக அறியப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் தூய கார்பனான கிராஃபைட் மென்மையாகவும் வழுக்கும் தன்மையுடனும் உள்ளது? ஏன் தாமிரம் ஒரு சிறந்த மின் கடத்தி, சிலிக்கான் ஒரு குறைக்கடத்தி? பதில்கள் அவற்றின் பகுதிப் பொருட்களான அணுக்களின் நுண்ணிய கட்டமைப்பில் உள்ளன. இந்தப் பதிவு உங்களை இந்த ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட உலகத்திற்கு ஒரு பயணமாக அழைத்துச் செல்லும், படிக திடப்பொருட்களின் கட்டுமான அலகுகளை ஆராய்ந்து, அவற்றின் அமைப்பு நாம் அன்றாடம் கவனிக்கும் மற்றும் பயன்படுத்தும் பண்புகளை எவ்வாறு ஆணையிடுகிறது என்பதை விளக்கும்.

கட்டுமான அலகுகள்: பின்னல்கள் மற்றும் அலகு செல்கள்

ஒரு படிகத்தில் அணுக்களின் ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட ஏற்பாட்டை விவரிக்க, நாம் இரண்டு அடிப்படை, தொடர்புடைய கருத்துக்களைப் பயன்படுத்துகிறோம்: பின்னல் மற்றும் அலகு செல்.

படிகப் பின்னல் என்றால் என்ன?

விண்வெளியில் முடிவில்லாமல் விரிந்து கிடக்கும், முப்பரிமாணப் புள்ளிகளின் வரிசையைக் கற்பனை செய்து பாருங்கள். ஒவ்வொரு புள்ளிக்கும் மற்ற எல்லா புள்ளிகளைப் போலவே ஒரே மாதிரியான சூழல் உள்ளது. இந்தக் கருத்தியல் கட்டமைப்பு ஒரு பிராவே பின்னல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது படிகத்தின் கால இடைவெளியைக் குறிக்கும் ஒரு முற்றிலும் கணிதக் கட்டமைப்பாகும். இதை படிகம் கட்டப்பட்ட சாரமாக நினைத்துப் பாருங்கள்.

இப்போது, ஒரு உண்மையான படிக அமைப்பை உருவாக்க, இந்தப் பின்னலில் உள்ள ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுக்களின் ஒரே மாதிரியான குழுவை வைக்கிறோம். இந்தக் குழுவான அணுக்கள் அடிப்படை என்று அழைக்கப்படுகிறது. எனவே, ஒரு படிகத்திற்கான சூத்திரம் எளிதானது:

பின்னல் + அடிப்படை = படிக அமைப்பு

சுவரில் உள்ள வால்பேப்பர் ஒரு எளிய உதாரணம். நீங்கள் ஒரு மலர் போன்ற ஒரு வடிவத்தை வைக்கும் புள்ளிகளின் மீண்டும் மீண்டும் வரும் அமைப்பு பின்னல் ஆகும். மலர் என்பதே அடிப்படை. இரண்டும் சேர்ந்து, முழுமையான, வடிவமைப்பு கொண்ட வால்பேப்பரை உருவாக்குகின்றன.

அலகு செல்: மீண்டும் வரும் அமைப்பு

பின்னல் முடிவற்றதாக இருப்பதால், முழு அமைப்பையும் விவரிப்பது நடைமுறைக்கு ஒவ்வாதது. பதிலாக, ஒன்றாக அடுக்கப்படும்போது, முழு படிகத்தையும் மீண்டும் உருவாக்கக்கூடிய மிகச்சிறிய மீண்டும் வரும் கனஅளவை நாம் அடையாளம் காண்கிறோம். இந்த அடிப்படைக் கட்டுமான அலகு அலகு செல் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

அலகு செல்களில் இரண்டு முக்கிய வகைகள் உள்ளன:

• பழமையான அலகு செல்: இது சாத்தியமான மிகச்சிறிய அலகு செல், மொத்தத்தில் சரியாக ஒரு பின்னல் புள்ளியைக் கொண்டுள்ளது (பெரும்பாலும் அதன் மூலைகளில் புள்ளிகளைக் கொண்டிருப்பதன் மூலம், ஒவ்வொரு மூலைப் புள்ளியும் எட்டு அருகிலுள்ள செல்களால் பகிரப்படுகிறது, எனவே 8 மூலைகள் × 1/8 மூலைக்கு = 1 பின்னல் புள்ளி).
• வழக்கமான அலகு செல்: சில நேரங்களில், ஒரு பெரிய அலகு செல் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அது படிக அமைப்பின் சமச்சீர் தன்மையை மிகவும் தெளிவாக பிரதிபலிக்கிறது. இவை மிகச்சிறிய சாத்தியமான கனஅளவாக இல்லாவிட்டாலும், காட்சிப்படுத்தவும் வேலை செய்யவும் எளிதானவை. உதாரணமாக, முகப்பு மைய கனசதுர (FCC) வழக்கமான அலகு செல் நான்கு பின்னல் புள்ளிகளைக் கொண்டுள்ளது.

14 பிராவே பின்னல்கள்: ஒரு உலகளாவிய வகைப்பாடு

19 ஆம் நூற்றாண்டில், பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் அகஸ்டே பிராவே, ஒரு 3D பின்னலில் புள்ளிகளை ஒழுங்கமைக்க 14 தனித்துவமான வழிகள் மட்டுமே உள்ளன என்று நிரூபித்தார். இந்த 14 பிராவே பின்னல்கள் 7 படிக அமைப்புகளாக தொகுக்கப்பட்டுள்ளன, அவை அவற்றின் அலகு செல்களின் வடிவவியலால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன (பக்கங்களின் நீளம் a, b, c மற்றும் அவற்றுக்கிடையேயான கோணங்கள் α, β, γ).

• கனசதுரம்: (a=b=c, α=β=γ=90°) - எளிய கனசதுரம் (SC), பொருள் மைய கனசதுரம் (BCC), மற்றும் முகப்பு மைய கனசதுரம் (FCC) ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது.
• நாற்கோணகம்: (a=b≠c, α=β=γ=90°)
• செஞ்சாய்சதுரம்: (a≠b≠c, α=β=γ=90°)
• அறுங்கோணம்: (a=b≠c, α=β=90°, γ=120°)
• சாய்சதுரம் (அல்லது முக்கோணம்): (a=b=c, α=β=γ≠90°)
• ஒற்றைச்சரிவு: (a≠b≠c, α=γ=90°, β≠90°)
• முச்சரிவு: (a≠b≠c, α≠β≠γ≠90°)

இந்த முறையான வகைப்பாடு நம்பமுடியாத அளவிற்கு சக்தி வாய்ந்தது, இது உலகெங்கிலும் உள்ள படிகவியலாளர்கள் மற்றும் பொருள் விஞ்ஞானிகளுக்கு ஒரு உலகளாவிய மொழியை வழங்குகிறது.

திசைகள் மற்றும் தளங்களை விவரித்தல்: மில்லர் குறியீடுகள்

ஒரு படிகத்தில், எல்லா திசைகளும் சமமாக உருவாக்கப்படவில்லை. நீங்கள் அளவிடும் திசையைப் பொறுத்து பண்புகள் கணிசமாக மாறுபடலாம். இந்த திசை சார்பு தன்மை திசை சார்பு பண்பு (anisotropy) என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு படிகப் பின்னலில் உள்ள திசைகளையும் தளங்களையும் துல்லியமாக விவரிக்க, நாம் மில்லர் குறியீடுகள் என்ற குறியீட்டு முறையைப் பயன்படுத்துகிறோம்.

தளங்களுக்கான மில்லர் குறியீடுகளை (hkl) தீர்மானிப்பது எப்படி

ஒரு தளத்திற்கான மில்லர் குறியீடுகள் அடைப்புக்குறிக்குள் மூன்று முழு எண்களால் குறிப்பிடப்படுகின்றன, (hkl) போல. அவற்றைக் கண்டுபிடிப்பதற்கான பொதுவான செயல்முறை இதோ:

1. வெட்டுக்களைக் கண்டறியவும்: அலகு செல் பரிமாணங்களின் அடிப்படையில் படிகவியல் அச்சுகளை (a, b, c) தளம் எங்கு வெட்டுகிறது என்பதைத் தீர்மானிக்கவும். ஒரு தளம் ஒரு அச்சுக்கு இணையாக இருந்தால், அதன் வெட்டு முடிவிலியில் (∞) இருக்கும்.
2. தலைகீழிகளை எடுக்கவும்: ஒவ்வொரு வெட்டின் தலைகீழியையும் எடுக்கவும். ∞ இன் தலைகீழி 0 ஆகும்.
3. பின்னங்களை நீக்கவும்: முழு எண்களின் தொகுப்பைப் பெற, தலைகீழிகளை மிகச்சிறிய பொதுவான வகுப்பால் பெருக்கவும்.
4. அடைப்புக்குறிக்குள் இடவும்: விளைந்த முழு எண்களை காற்புள்ளிகள் இல்லாமல் அடைப்புக்குறிக்குள் (hkl) எழுதவும். ஒரு வெட்டு எதிர்மறையாக இருந்தால், தொடர்புடைய குறியீட்டின் மேல் ஒரு கோடு இடப்படும்.

உதாரணம்: ஒரு தளம் a-அச்சை 1 அலகிலும், b-அச்சை 2 அலகுகளிலும், c-அச்சை 3 அலகுகளிலும் வெட்டுகிறது. வெட்டுக்கள் (1, 2, 3). தலைகீழிகள் (1/1, 1/2, 1/3). பின்னங்களை நீக்க 6 ஆல் பெருக்கினால் (6, 3, 2) கிடைக்கும். இதுவே (632) தளம் ஆகும்.

திசைகளுக்கான மில்லர் குறியீடுகளை [uvw] தீர்மானிப்பது எப்படி

திசைகள் சதுர அடைப்புக்குறிக்குள் முழு எண்களால் குறிப்பிடப்படுகின்றன, [uvw] போல.

1. ஒரு திசையனை வரையறுக்கவும்: தொடக்கப் புள்ளியிலிருந்து (0,0,0) பின்னலில் உள்ள மற்றொரு புள்ளிக்கு ஒரு திசையனை வரையவும்.
2. ஆயங்களை தீர்மானிக்கவும்: பின்னல் அளவுருக்கள் a, b, மற்றும் c ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் திசையனின் முனையில் உள்ள புள்ளியின் ஆயங்களைக் கண்டறியவும்.
3. சிறிய முழு எண்களாக குறைக்கவும்: இந்த ஆயங்களை சாத்தியமான மிகச்சிறிய முழு எண்களின் தொகுப்பாக குறைக்கவும்.
4. சதுர அடைப்புக்குறிக்குள் இடவும்: முழு எண்களை சதுர அடைப்புக்குறிக்குள் [uvw] எழுதவும்.

உதாரணம்: ஒரு திசை திசையன் தொடக்கப் புள்ளியிலிருந்து ஆயங்கள் (1a, 2b, 0c) கொண்ட ஒரு புள்ளிக்குச் செல்கிறது. திசை வெறுமனே [120] ஆகும்.

பொதுவான படிக அமைப்புகள்

14 பிராவே பின்னல்கள் இருந்தாலும், பெரும்பாலான பொதுவான உலோகத் தனிமங்கள் மூன்று அடர்த்தியாகப் பொதிந்த அமைப்புகளில் ஒன்றாகப் படிகமாகின்றன: பொருள் மைய கனசதுரம் (BCC), முகப்பு மைய கனசதுரம் (FCC), அல்லது அறுங்கோண நெருக்கப் பொதிவு (HCP).

பொருள் மைய கனசதுரம் (BCC)

• விளக்கம்: அணுக்கள் ஒரு கனசதுரத்தின் 8 மூலைகளிலும் அமைந்துள்ளன மற்றும் ஒரு அணு கனசதுரத்தின் மையத்தில் உள்ளது.
• ஒருங்கிணைப்பு எண் (CN): 8. ஒவ்வொரு அணுவும் 8 அண்டை அணுக்களுடன் நேரடித் தொடர்பில் உள்ளது.
• அணு பொதிவுக் காரணி (APF): 0.68. இதன் பொருள் அலகு செல்லின் கனஅளவில் 68% அணுக்களால் நிரப்பப்பட்டுள்ளது, மீதமுள்ளவை வெற்று இடமாகும்.
• உதாரணங்கள்: இரும்பு (அறை வெப்பநிலையில்), குரோமியம், டங்ஸ்டன், மாலிப்டினம்.

முகப்பு மைய கனசதுரம் (FCC)

• விளக்கம்: அணுக்கள் ஒரு கனசதுரத்தின் 8 மூலைகளிலும் மற்றும் 6 முகங்களின் மையத்திலும் உள்ளன.
• ஒருங்கிணைப்பு எண் (CN): 12. இது மிகவும் திறமையான பொதிவு ஏற்பாடுகளில் ஒன்றாகும்.
• அணு பொதிவுக் காரணி (APF): 0.74. இது சம அளவு கோளங்களுக்கு சாத்தியமான அதிகபட்ச பொதிவு அடர்த்தியாகும், இந்த மதிப்பு HCP அமைப்புடனும் பகிரப்படுகிறது.
• உதாரணங்கள்: அலுமினியம், தாமிரம், தங்கம், வெள்ளி, நிக்கல்.

அறுங்கோண நெருக்கப் பொதிவு (HCP)

• விளக்கம்: ஒரு அறுங்கோண அலகு செல்லை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சிக்கலான அமைப்பு. இது இரண்டு அடுக்கப்பட்ட அறுங்கோண தளங்களையும், இடையில் ஒரு முக்கோணத் தள அணுக்களையும் கொண்டுள்ளது. இது தளங்களின் ABABAB... அடுக்கு வரிசையைக் கொண்டுள்ளது.
• ஒருங்கிணைப்பு எண் (CN): 12.
• அணு பொதிவுக் காரணி (APF): 0.74.
• உதாரணங்கள்: துத்தநாகம், மெக்னீசியம், டைட்டேனியம், கோபால்ட்.

பிற முக்கிய கட்டமைப்புகள்

• வைர கனசதுரம்: சிலிக்கான் மற்றும் ஜெர்மானியத்தின் அமைப்பு, குறைக்கடத்தித் துறையின் மூலக்கற்கள். இது ஒரு FCC பின்னல் போல உள்ளது, கூடுதல் இரண்டு-அணு அடிப்படையுடன், வலுவான, திசை சகப்பிணைப்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.
• ஜிங்பிளென்ட்: வைர கனசதுர அமைப்பைப் போன்றது ஆனால் இரண்டு வெவ்வேறு வகையான அணுக்களுடன், காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) போல, இது அதிவேக மின்னணுவியல் மற்றும் லேசர்களுக்கு ஒரு முக்கியமான பொருளாகும்.

பொருள் பண்புகளில் படிக அமைப்பின் தாக்கம்

அணுக்களின் கருத்தியல் ஏற்பாடு ஒரு பொருளின் நிஜ உலக நடத்தையில் ஆழமான மற்றும் நேரடி விளைவுகளைக் கொண்டுள்ளது.

இயந்திரவியல் பண்புகள்: வலிமை மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை

ஒரு உலோகம் பிளாஸ்டிக்காக (உடையாமல்) உருமாறும் திறன் வழுக்கு அமைப்புகள் எனப்படும் குறிப்பிட்ட படிகவியல் தளங்களில் இடப்பெயர்வுகளின் இயக்கத்தால் நிர்வகிக்கப்படுகிறது.

• FCC உலோகங்கள்: தாமிரம் மற்றும் அலுமினியம் போன்ற பொருட்கள் மிகவும் நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்டவை, ஏனெனில் அவற்றின் நெருக்கப் பொதிவு அமைப்பு பல வழுக்கு அமைப்புகளை வழங்குகிறது. இடப்பெயர்வுகள் எளிதாக நகர முடியும், இதனால் பொருள் முறிவடைவதற்கு முன்பு விரிவாக உருமாற அனுமதிக்கிறது.
• BCC உலோகங்கள்: இரும்பு போன்ற பொருட்கள் வெப்பநிலை சார்ந்த நெகிழ்வுத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன. அதிக வெப்பநிலையில், அவை நெகிழ்வுத்தன்மையுடன் ఉంటాయి, ஆனால் குறைந்த வெப்பநிலையில், அவை நொறுங்கும் தன்மையுடையதாக மாறக்கூடும்.
• HCP உலோகங்கள்: மெக்னீசியம் போன்ற பொருட்கள் அறை வெப்பநிலையில் குறைந்த வழுக்கு அமைப்புகள் இருப்பதால் பெரும்பாலும் குறைந்த நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் அதிக நொறுங்கும் தன்மையுடன் இருக்கும்.

மின்னியல் பண்புகள்: கடத்திகள், குறைக்கடத்திகள் மற்றும் காப்பான்கள்

ஒரு படிகத்தில் அணுக்களின் காலமுறை ஏற்பாடு, எலக்ட்ரான்களுக்கு அனுமதிக்கப்பட்ட மற்றும் தடைசெய்யப்பட்ட ஆற்றல் நிலைகளை உருவாக்க வழிவகுக்கிறது, இவை ஆற்றல் பட்டைகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த பட்டைகளின் இடைவெளி மற்றும் நிரப்புதல் மின் நடத்தையை தீர்மானிக்கிறது.

• கடத்திகள்: பகுதி நிரப்பப்பட்ட ஆற்றல் பட்டைகளைக் கொண்டுள்ளன, இது எலக்ட்ரான்கள் ஒரு மின்புலத்தின் கீழ் சுதந்திரமாக நகர அனுமதிக்கிறது.
• காப்பான்கள்: நிரப்பப்பட்ட இணைதிறன் பட்டைக்கும் வெற்று கடத்துப் பட்டைக்கும் இடையில் ஒரு பெரிய ஆற்றல் இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளன, இது எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தைத் தடுக்கிறது.
• குறைக்கடத்திகள்: ஒரு சிறிய ஆற்றல் இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளன. தனிச்சுழி வெப்பநிலையில், அவை காப்பான்களாக இருக்கின்றன, ஆனால் அறை வெப்பநிலையில், வெப்ப ஆற்றல் சில எலக்ட்ரான்களை இடைவெளியைக் கடந்து கிளர்ச்சி அடையச் செய்து, வரையறுக்கப்பட்ட கடத்துத்திறனை அனுமதிக்கிறது. அவற்றின் கடத்துத்திறன் மாசிழைத்தல் (doping) மூலம் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தப்படலாம், இது படிக அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வதை நம்பியுள்ள ஒரு செயல்முறையாகும்.

வெப்ப மற்றும் ஒளியியல் பண்புகள்

படிகப் பின்னலில் உள்ள அணுக்களின் கூட்டு அதிர்வுகள் குவாண்டமாக்கப்பட்டு ஃபோனான்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த ஃபோனான்கள் பல காப்பான்கள் மற்றும் குறைக்கடத்திகளில் வெப்பத்தின் முதன்மை கடத்திகள் ஆகும். வெப்பக் கடத்தலின் செயல்திறன் படிகத்தின் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பைப் பொறுத்தது. இதேபோல், ஒரு பொருள் ஒளியுடன் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்கிறது - அது ஒளிபுகும், ஒளிபுகா, அல்லது வண்ணமயமாக இருந்தாலும் - அதன் மின்னணு ஆற்றல் பட்டை அமைப்பால் ஆணையிடப்படுகிறது, இது அதன் படிக அமைப்பின் நேரடி விளைவாகும்.

நிஜ உலகம்: படிகக் குறைபாடுகள் மற்றும் பழுத்தல்கள்

இதுவரை, நாம் சரியான படிகங்களைப் பற்றி விவாதித்தோம். உண்மையில், எந்த படிகமும் சரியானதல்ல. அவை அனைத்தும் பல்வேறு வகையான குறைபாடுகள் அல்லது பழுத்தல்களைக் கொண்டுள்ளன. விரும்பத்தகாதவையாக இருப்பதற்குப் பதிலாக, இந்தக் குறைபாடுகளே பெரும்பாலும் பொருட்களை மிகவும் பயனுள்ளதாக ஆக்குகின்றன!

குறைபாடுகள் அவற்றின் பரிமாணங்களால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன:

• புள்ளி குறைபாடுகள் (0D): இவை ஒரு ஒற்றை அணு தளத்தில் உள்ளமைக்கப்பட்ட இடையூறுகள். எடுத்துக்காட்டுகளில் ஒரு வெற்றிடம் (காணாமல் போன அணு), ஒரு இடைச்செருகல் அணு (அதற்குச் சொந்தமில்லாத இடத்தில் ஒரு கூடுதல் அணு), அல்லது ஒரு பதிலீட்டு அணு (ஒரு புரவலன் அணுவை மாற்றும் ஒரு வெளிநாட்டு அணு) ஆகியவை அடங்கும். சிலிக்கான் படிகத்தை பாஸ்பரஸுடன் மாசிழைத்தல் என்பது ஒரு n-வகை குறைக்கடத்தியை உருவாக்க வேண்டுமென்றே பதிலீட்டு புள்ளி குறைபாடுகளை உருவாக்குவதாகும்.
• கோட்டுக் குறைபாடுகள் (1D): இடப்பெயர்வுகள் என்று அழைக்கப்படும் இவை, அணு சீரமைப்பின் கோடுகளாகும். உலோகங்களின் பிளாஸ்டிக் உருமாற்றத்திற்கு இவை முற்றிலும் முக்கியமானவை. இடப்பெயர்வுகள் இல்லாமல், உலோகங்கள் நம்பமுடியாத அளவிற்கு வலுவாக ஆனால் பெரும்பாலான பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் நொறுங்கும் தன்மையுடன் இருக்கும். வேலைக் கடினமாக்கல் செயல்முறை (எ.கா., ஒரு காகித கிளிப்பை முன்னும் பின்னுமாக வளைப்பது) இடப்பெயர்வுகளை உருவாக்குதல் மற்றும் சிக்கலாக்குதல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது, இது பொருளை வலிமையாக்குகிறது ஆனால் குறைந்த நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்டது.
• தளக் குறைபாடுகள் (2D): இவை வெவ்வேறு படிக நோக்குநிலையின் பகுதிகளைப் பிரிக்கும் இடைமுகங்கள். மிகவும் பொதுவானவை படிகஎல்லைகள், ஒரு பலபடிகப் பொருளில் தனிப்பட்ட படிக மணிகளுக்கு இடையிலான இடைமுகங்கள். படிகஎல்லைகள் இடப்பெயர்வு இயக்கத்தைத் தடுக்கின்றன, அதனால்தான் சிறிய படிகமணிகளைக் கொண்ட பொருட்கள் பொதுவாக வலிமையானவை (ஹால்-பெட்ச் விளைவு).
• பருமன் குறைபாடுகள் (3D): இவை வெற்றிடங்கள் (வெற்றிடங்களின் கொத்துக்கள்), விரிசல்கள் அல்லது வீழ்படிவுகள் (புரவலன் பொருளுக்குள் ஒரு ভিন্ন கட்டத்தின் கொத்துக்கள்) போன்ற பெரிய அளவிலான குறைபாடுகள் ஆகும். வீழ்படிவு கடினப்படுத்துதல் என்பது விண்வெளித் துறையில் பயன்படுத்தப்படும் அலுமினியம் போன்ற உலோகக்கலவைகளை வலுப்படுத்துவதற்கான ஒரு முக்கிய நுட்பமாகும்.

படிக அமைப்புகளை நாம் எப்படி "காண்கிறோம்": சோதனை நுட்பங்கள்

வழக்கமான நுண்ணோக்கி மூலம் அணுக்களைப் பார்க்க முடியாததால், விஞ்ஞானிகள் படிக அமைப்புகளை ஆய்வு செய்ய துகள்கள் அல்லது மின்காந்தக் கதிர்வீச்சின் அலைத் தன்மையைப் பயன்படுத்தும் அதிநவீன நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.

எக்ஸ்-கதிர் விளிம்பு விளைவு (XRD)

XRD படிக அமைப்பைத் தீர்மானிப்பதற்கான மிகவும் பொதுவான மற்றும் சக்திவாய்ந்த கருவியாகும். ஒரு படிகத்தின் மீது எக்ஸ்-கதிர்களின் ஒரு கற்றை பிரகாசிக்கும்போது, சீராக இடைவெளியில் உள்ள அணுத் தளங்கள் ஒரு விளிம்பு விளைவுக் கீற்றணியாகச் செயல்படுகின்றன. அருகிலுள்ள தளங்களிலிருந்து சிதறும் எக்ஸ்-கதிர்களுக்கு இடையிலான பாதை வேறுபாடு அலைநீளத்தின் முழு எண் மடங்காக இருக்கும்போது மட்டுமே ஆக்கக் குறுக்கீடு ஏற்படுகிறது. இந்த நிபந்தனை பிராக்கின் விதி மூலம் விவரிக்கப்படுகிறது:

nλ = 2d sin(θ)

இங்கே 'n' ஒரு முழு எண், 'λ' என்பது எக்ஸ்-கதிர் அலைநீளம், 'd' என்பது அணுத் தளங்களுக்கு இடையிலான இடைவெளி, மற்றும் 'θ' என்பது சிதறல் கோணம். வலுவான விளிம்பு விளைவுக் கற்றைகள் வெளிவரும் கோணங்களை அளவிடுவதன் மூலம், நாம் 'd' இடைவெளிகளைக் கணக்கிடலாம், அதிலிருந்து, படிக அமைப்பு, பின்னல் அளவுருக்கள் மற்றும் நோக்குநிலையை ஊகிக்கலாம்.

பிற முக்கிய நுட்பங்கள்

• நியூட்ரான் விளிம்பு விளைவு: XRD ஐப் போன்றது, ஆனால் எக்ஸ்-கதிர்களுக்குப் பதிலாக நியூட்ரான்களைப் பயன்படுத்துகிறது. இது குறிப்பாக ஒளி தனிமங்களை (ஹைட்ரஜன் போன்றவை) கண்டறிவதற்கும், ஒத்த எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட தனிமங்களை வேறுபடுத்துவதற்கும், காந்த அமைப்புகளைப் படிப்பதற்கும் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.
• எலக்ட்ரான் விளிம்பு விளைவு: பொதுவாக ஒரு செலுத்து எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிக்குள் (TEM) செய்யப்படுகிறது, இந்த நுட்பம் மிகச் சிறிய கனஅளவுகளின் படிக அமைப்பைப் படிக்க எலக்ட்ரான்களின் ஒரு கற்றையைப் பயன்படுத்துகிறது, இது தனிப்பட்ட படிகமணிகள் அல்லது குறைபாடுகளின் நானோஅளவு பகுப்பாய்விற்கு அனுமதிக்கிறது.

முடிவுரை: நவீன பொருட்களின் அடித்தளம்

படிக அமைப்பின் ஆய்வு பொருள் அறிவியல் மற்றும் செறிபொருள் இயற்பியலின் அடித்தளமாகும். இது துணை-அணு உலகத்தை நாம் சார்ந்திருக்கும் பெரிய அளவிலான பண்புகளுடன் இணைக்கும் ஒரு வரைபடத்தை வழங்குகிறது. நமது கட்டிடங்களின் வலிமையிலிருந்து நமது மின்னணுவியலின் வேகம் வரை, நவீன தொழில்நுட்பத்தின் செயல்திறன் அணுக்களின் ஒழுங்கான ஏற்பாட்டைப் புரிந்துகொள்ளவும், கணிக்கவும் மற்றும் கையாளவும் நமது திறனுக்கு ஒரு நேரடிச் சான்றாகும்.

பின்னல்கள், அலகு செல்கள் மற்றும் மில்லர் குறியீடுகளின் மொழியில் தேர்ச்சி பெறுவதன் மூலமும், படிகக் குறைபாடுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் பொறியியல் செய்வதற்கும் கற்றுக்கொள்வதன் மூலமும், எதிர்காலத்தின் சவால்களைச் சந்திக்க வடிவமைக்கப்பட்ட பண்புகளுடன் புதிய பொருட்களை வடிவமைத்து, சாத்தியமானவற்றின் எல்லைகளைத் தொடர்ந்து தள்ளுகிறோம். அடுத்த முறை நீங்கள் ஒரு தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தும்போது, உள்ளே இருக்கும் அமைதியான, அழகான மற்றும் சக்திவாய்ந்த ஒழுங்கைப் பாராட்ட ஒரு கணம் எடுத்துக் கொள்ளுங்கள்.