Defecto de vacante

En cristalografía , una vacante es un tipo de defecto puntual en un cristal donde falta un átomo en uno de los sitios de la red . ^{[ 2 ]} Los cristales poseen inherentemente imperfecciones, a veces denominadas defectos cristalográficos .

Las vacantes se producen de forma natural en todos los materiales cristalinos. A cualquier temperatura dada, hasta el punto de fusión del material, existe una concentración de equilibrio (relación entre los sitios reticulares vacantes y los que contienen átomos). ^{[ 2 ]} En el punto de fusión de algunos metales, la relación puede ser aproximadamente 1:1000. ^{[ 3 ]} Esta dependencia de la temperatura puede modelarse mediante

${\displaystyle N_{\rm {v}}=N\exp \left({\frac {-Q_{\rm {v}}}{k_{\rm {B}}T}}\right)}$

donde N _v es la concentración de vacantes, Q _v es la energía requerida para la formación de vacantes, k _B es la constante de Boltzmann , T es la temperatura absoluta y N es la concentración de sitios atómicos, es decir,

${\displaystyle N={\frac {\rho N_{\rm {A}}}{M}}}$

donde ρ es la densidad, N _A la constante de Avogadro y M la masa molar .

Se trata del defecto puntual más simple. En este sistema, falta un átomo en su posición atómica habitual. Las vacantes se forman durante la solidificación debido a la vibración de los átomos, la reorganización local de los mismos, la deformación plástica y el bombardeo iónico.

La creación de una vacante puede modelarse fácilmente considerando la energía necesaria para romper los enlaces entre un átomo dentro del cristal y sus átomos vecinos más cercanos. Una vez que ese átomo se retira de la red cristalina, se coloca de nuevo en la superficie del cristal y se recupera energía al establecerse nuevos enlaces con otros átomos en la superficie. Sin embargo, existe un aporte neto de energía, ya que hay menos enlaces entre los átomos de la superficie que entre los átomos del interior del cristal.

En la mayoría de las aplicaciones, los defectos de vacancia son irrelevantes para el propósito previsto de un material, ya que son demasiado escasos o están distribuidos en un espacio multidimensional de tal manera que la fuerza o la carga pueden moverse alrededor de la vacancia . Sin embargo, en el caso de estructuras más restringidas, como los nanotubos de carbono , las vacancias y otros defectos cristalinos pueden debilitar significativamente el material. ^{[ 4 ]}

Las vacantes son esenciales para la difusión atómica en sólidos cristalinos. Los átomos se mueven saltando a sitios reticulares vacantes adyacentes, un proceso conocido como difusión por vacantes. Este mecanismo cobra mayor importancia a temperaturas elevadas, donde la concentración de equilibrio de vacantes aumenta exponencialmente. La difusión mediada por vacantes rige muchos procesos en la ciencia de los materiales, incluyendo la sinterización, la fluencia y las transformaciones de fase. Por ejemplo, en cobre puro a 1000 K, la concentración de vacantes es aproximadamente de una en 10 000 átomos. ^{[ 5 ]}

• defecto cristalográfico
• Defecto Schottky
• Defecto de Frenkel

• Defectos cristalinos en el silicio