標籤:固體物理學晶體缺陷

色心(color center)是指透明晶體中由點缺陷、點缺陷對或點缺陷群捕獲電子或空穴而構成的一種可導致可見光譜區的光吸收的缺陷。

1光吸收缺陷

簡介
晶體的主要特徵是其中原子(分子)的規則排列,但實際晶體中原子的排列總是或多或少地偏離了嚴格的周期性。晶體中的原子作微振動時破壞了周期性,因而在晶體中傳播的電子波或光電波會受到散射,這就意味著晶體的電學性質或光學性質發生了變化。在熱起伏過程中,晶體的某些原子振動劇烈,脫離了格點而跑到表面上,在內部留下了空格點,即空位;或者那脫離格點的原子進入了晶格中的間隙位置,形成填隙原子。另一方面,外來的原子(雜質)進入晶體后,可以處在間隙位置上,成為填隙式的雜質,也可以佔據空位而形成為替位式原子。這些在一個或幾個晶格常數的線度範圍內引起晶格周期性的破壞,統稱為晶體中的點缺陷。這些微觀的缺陷會在晶體中引起一定的吸收,使得晶體呈現各種各樣的顏色,人們又把這些「顏色中心」成為色心。晶體中的缺陷影響著晶體的力學、電學、熱學、光學等等方面的性質。

色心(M心和R心)

色心(M心和R心)
在特定的條件下,很多材料中都可觀察到色心。容易產生色心的材料有鹼金屬鹵化物、鹼土金屬氟化物和部分金屬氧化物。色心可以在電離輻射的照射下產生,也可以在一定的氧化或還原性氣氛中加熱晶體得到,還可以用電化學方法產生出一些特定的色心。最常見並研究的最充分的是鹼金屬或鹼土金屬鹵化物中的F色心,F色心是俘獲了電子的負離子空位。正離子空位缺陷俘獲空穴形成的色心稱做V色心。另外,還有其他類型的色心,如H色心、M色心和R色心等。M心由兩個相鄰的F心構成;R心由三個相鄰的F心構成。BaFBr:Eu中的F色心有F(F)和F(Br)兩種,分別對應於材料中俘獲了電子的兩種陰離子空位。這種材料中的色心可以被用來存儲X射線的圖像,當由BaF-Br:Eu材料製成的屏在X射線照射下,X射線的圖像在存儲屏內產生由F色心構成的潛像,在紅色激光的激勵下,F色光中的電子被釋放出來,與Eu2+離子複合併發出的特徵光,利用光接收設備和計算機處理可以得到X射線衍射圖像儀中,這種圖像儀可以提高醫學檢驗的效率和圖像的質量。
鹼鹵化物如果沒有色心,在紫外到紅外的區段是完全透明的。色心的出現可以使晶體明顯著色。可以通過以下方式使晶體著色:摻入化學雜質,在晶體中形成吸收中心;引入過量金屬離子,形成負離子空位,正電性的負離子空位束縛住從金屬原子中電離的電子,從而形成可見光的吸收中心;X射線、γ射線、中子或電子轟擊晶體形成損傷,使晶體產生點缺陷,可以束縛電子或空穴形成可見光的吸收中心;電解過程。
鹼鹵晶體在鹼金屬蒸氣中加熱,然後驟冷,原來透明的晶體就出現了顏色,這個過程稱為增色。原因是在這過程中形成了負離子空位,即F心。NaCl增色后呈黃色,KCl增色后呈品紅色,因為晶體中形成超過化學比的鹼金屬離子,從而形成負離子空位。
離子在可見光區各有一個吸收帶稱為F帶。吸收帶與溫度有關,溫度越低,吸收帶越窄。這個吸收帶實際對應一根吸收譜線,該譜線變成吸收帶是由於晶格振動引起的,所以溫度越高,晶格振動越劇烈,吸收帶越寬。

2佛學術語

【 色心 】 《 丁福保佛學大辭典 》
(術語)有形質礙之法,無知覺之用者謂之色,反之而無形質可見,有知覺之用者,謂之心。在於諸法,謂之色心,在於有情,謂之心身。身即色也。仁王經上曰:『色心是眾生根本。』
【 色心 】 《 陳義孝佛學常見辭彙 》
色與心。色是指有形的物質;心是指無形的精神。

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