موضوع مقاله: مرکز F | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مرکز F | مقدمه: الکترون ها در چنین فضای خالی در شبکه کریستالی تمایل دارند نور را در طیف مرئی جذب کنند به طوری که ماده ای که معمولاً شفاف است رنگی می شود. | ## بخش 1: مرکز F | تاریخ قبل از کشف عیوب نقطه ای، قبلاً شناخته شده بود که برخی از کریستال ها را می توان با استفاده از روش های مختلف تغییر رنگ داد. یکی از این آزمایش‌ها پس از تابش نمک با اشعه ایکس، رسانایی فوتوالکتریک را 40000 برابر بزرگ‌تر، اندازه‌گیری کرد. اثر فوتوالکتریک عمدتاً در اطراف طول موج‌های خاص اتفاق می‌افتد که بعداً مشخص شد که ماهیت آن غیرکلوئیدی است. تغییر رنگ‌ها بعداً به نام مراکز F نامیده شدند، برگرفته از لغت Farbe، کلمه آلمانی به معنای رنگ. در سال 1933 مولوو (Mollwo) به این نتیجه رسید که این مراکز F دارای نقص کریستالی اتمی هستند. مدل جای خالی برای اولین بار در سال 1937 توصیف شد اما هنوز آزمایشی در نظر گرفته می شد. ظهور مراکز F می توانند به طور طبیعی در ترکیبات (به ویژه اکسیدهای فلزی) وجود داشته باشند، زیرا وقتی تا دمای بالا گرم می شوند، یون ها برانگیخته می شوند و از موقعیت های کریستالوگرافی معمولی خود جابه جا شده و تعدادی الکترون در فضاهای خالی باقی می مانند. اغلب مراکز F پارامغناطیس هستند و می توان آنها را با تکنیک های تشدید پارامغناطیس الکترونی مطالعه کرد. مراکز F که بیشتر مورد مطالعه قرار می گیرند مراکزی هستند که در هالیدهای فلزات قلیایی وجود دارند. نوار جذب مراکز F در کلرید سدیم در اطراف نور آبی قرار دارد و به کریستال کلرید سدیم با نقص مرکز F کافی رنگ زرد می دهد. تشکیل مراکز F به دلیل این است که برخی از کریستال ها مانند کلرید لیتیوم ، کلرید پتاسیم و اکسید روی با حرارت دادن به ترتیب صورتی، یاسی و زرد می شوند. اگرچه مراکز F در مواد دیگر مشاهده شده است، اما به طور کلی دلیل رنگ آمیزی در آن مواد نیست. اگرچه تایید نشده است، اما اعتقاد بر این است که این رنگ توسط مراکز الکترون F ایجاد می شود. نمونه دیگری از مرکز F یافت شده در طبیعت، یک مرکز F نسبتاً طولانی است که در یاقوت کبود از طریق لومینسانس یافت می شود، مدت زمان آن حدود 36 میلی ثانیه بود. انواع مراکز F بسته به مواد و انرژی تابش، انواع مختلفی از مراکز الکترونی وجود دارد. مرکز F معمولاً موقعیتی در شبکه است که در آن یک آنیون، یک یون با بار منفی، با یک الکترون جایگزین می شود. یک مرکز H (یک میان بافتی هالوژن) به یک معنا مخالف مرکز F است، به طوری که وقتی این دو در یک بلور با هم تماس پیدا می کنند، ترکیب می شوند و هر دو نقص را از بین می برند. جای خالی واحد F مرکز گاهی اوقات مرکز F ممکن است یک الکترون اضافی به دست آورد که باعث می شود مرکز F بار منفی داشته باشد، به طوری که مرکز −F نامیده می شود. نوع دیگری از یک مرکز F منفرد، مرکز FA است که از یک مرکز F با یک یون مثبت همسایه تشکیل شده است که با یک یون مثبت از نوع متفاوت جایگزین شده است. مراکز FA (I) خواصی مشابه مراکز F معمولی دارند، در حالی که مراکز FA (II) به دلیل جابجایی یک یون هالید باعث ایجاد دو چاه بالقوه در حالت برانگیخته می شوند. | ## بخش 2: مرکز F | مشابه FA مرکز FB است که از یک مرکز F با دو یون مثبت همسایه تشکیل شده است که با یک یون مثبت از نوع متفاوت جایگزین شده است. به دلیل ماهیت آماری توزیع یون های ناخالصی، مراکز FB بسیار نادرتر از مراکز FA هستند. مرکز مجتمع F ترکیبی از مراکز F همسایه به دلیل جای خالی آنیون همسایه، به ترتیب برای دو و سه همسایه، مراکز F2 و F3 نامیده می شود. مجموعه های بزرگتر از مراکز F قطعا امکان پذیر است، اما جزئیات رفتار آن هنوز ناشناخته است. الکترون ها در یک پیکربندی مثلثی قرار دارند، جایی که مرکز سوم F در لایه اتمی بالای دو لایه دیگر قرار دارد. مراکز F s مراکز F می توانند در هر جایی از کریستال ظاهر شوند، اما اگر روی سطح یک کریستال اکسید تشکیل شوند، خواص متفاوتی دارند. الکترون های محدود شده در مراکز Fs انرژی های انتقال کوچک تری در مقایسه با مراکز F توده دارند. مراکز سطح F در کریستال‌های هالید قلیایی به‌عنوان یک مرکز توده‌ای کمی آشفته، با جابجایی زیر 0.1- الکترون‌ولت رفتار می‌کنند. با توجه به اینکه مراکز F کمتر از الکترون ها در مکان های شبکه معمولی محدود می شوند، به عنوان کاتالیزوری برای جذب عمل می کنند. اما این بدان معناست که این نقص ها در هوای آزاد به سرعت با جذب اکسیژن تشدید می شوند، اما با حذف اکسیژن از محیط قابل برگشت هستند. این باید از همپوشانی فزاینده تابع موج الکترونی جفت نشده در هسته یون مثبت ناشی شود. دمای اکسیدها برای از بین بردن این عیوب به طور قابل ملاحظه ای بالاتر است، 570 کلوین برای CaO است. ایجاد مراکز F در آزمایشگاه تابش اولین مراکز F در کریستال های هالید قلیایی ایجاد شدند. این هالیدها در معرض تابش های پرانرژی مانند اشعه ایکس ، تابش گاما یا سیم پیچ تسلا قرار گرفتند.chem.beloit سه مکانیسم جذب انرژی توسط تابش وجود دارد: الف) تشکیل اکسایتون . انرژی به دست آمده (معمولاً 7 یا 8 الکترون‌ولت) تا حدی دوباره از طریق گسیل یک فوتون شب تاب از بین می رود. با این حال، معلوم می شود که انرژی آن برای حرکت یون ها بسیار کم است و بنابراین قادر به تولید مراکز F نیست. می توان تصور کرد که یون هالید که یک الکترون را از دست داده است، دیگر به درستی به محل شبکه خود متصل نیست. جای خالی ایجاد شده اکنون می تواند الکترون را به دام بیندازد و مرکز F را ایجاد کند. اگر یون هالید ابتدا الکترون را دوباره بگیرد، می تواند انرژی گرمایی بیشتری نسبت به تشکیل اکسایتون آزاد کند ( بیشتر از 2 الکترون‌ولت) و می تواند باعث حرکت یون های دیگر نیز شود. یک فوتون با یک یون هالید برهمکنش می‌کند و آن را دو بار یونیزه می‌کند و بار مثبت آن را باقی می‌گذارد. | ## بخش 3: مرکز F | یون باقی مانده بسیار ناپایدار است و به سرعت به موقعیت دیگری می رود و جای خالی باقی می گذارد که می تواند یک الکترون را به دام بیندازد تا به مرکز F تبدیل شود. تحقیقات نشان می دهد که حدود یک یونیزاسیون دوگانه در ده یونیزاسیون منفرد رخ می دهد. با این حال، یون هالید مثبت ایجاد شده به راحتی و به سرعت یک الکترون را جذب می کند. الکترون در ماده حرکت می کند تا به مرکز F دیگر متصل شود و به مرکز −F تبدیل می شود. جای خالی الکترون در ماده حرکت می کند و به مرکز −F ختم می شود که الکترون خود را به جای خالی برمی گرداند و دو مرکز F همسایه، یعنی یک مرکز F2 را تشکیل می دهد. یک کریستال با مراکز F از نظر شیمیایی معادل یک کریستال کامل به علاوه استوکیومتری اضافی فلز قلیایی است. دما با نقطه ذوب آن و دمایی که در آن کلوئیدها تشکیل می شوند، محدود می شود، به عنوان مثال برای KCl بین 768 تا 400 ~ درجه سانتی گراد اتم های فلز روی سطح کریستال گرفته می شوند، جایی که یونیزه می شوند، الکترون ظرفیت به شبکه کریستالی شنت می شود. این یک جای خالی آنیونی را پشت سر می گذارد که می تواند الکترون را به دام بیندازد تا مرکز F را تشکیل دهد. سپس کریستال خاموش می شود تا از حرکت مراکز F در کریستال برای تشکیل کلوئید جلوگیری شود. طیف‌های جذبی به‌دست‌آمده به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای مشابه حالتی هستند که از فلز جزء استفاده شده است. رسوب بخار در دمای پایین ایجاد مراکز Fs پایدار بر روی کریستال های هالید قلیایی با استفاده از رسوبات بخار در دماهای پایین، زیر 200- درجه سانتی گراد امکان پذیر است. برنامه های کاربردی لیزرهای مرکز رنگ برخی از مراکز F دارای نوارهای جذب نوری و انتشار هستند که آنها را به عنوان رسانه افزایش لیزر مفید می کند. آنها محدوده طول موجی از 0.8 تا 4.0 میکرومتر، منطقه مادون قرمز نزدیک نور را ارائه می دهند، بنابراین جایی که لیزرهای رنگی کار نمی کنند را می گیرند. لیزرهایی که در ناحیه مادون قرمز نزدیک طیف عمل می کنند به عنوان منبع نور در طیف سنجی فروسرخ استفاده می شوند که به عنوان مثال برای مطالعه ارتعاشات مولکولی استفاده می شود. فقط مراکز F خاص برای استفاده در لیزرهای مرکز رنگ مناسب هستند، اینها به اصطلاح مراکز F فعال لیزری هستند. مراکز F ساده، لیزر فعال نیستند، با این حال، نشان داده شده است که مراکز F پیچیده تر، لیزرهای مرکز رنگی پایدار را تشکیل می دهند. سایر مراکز F پیچیده تر که به طور بالقوه لیزر فعال هستند، اما نقش مهمی در فیزیک لیزرهای مرکز رنگ ایفا نمی کنند. مشخص شده است که این کریستال ها مواد خوبی برای لیزرهای مرکز رنگ دارای خطوط انتشاری با طول موج بین 2.45 و 3.45 میکرومتر هستند. مراکز F معمولاً یک نوار جذب در نور مرئی دارند، انتشار استوکس به طول موج های بلندتر منتقل می شود . تفاوت در قله ها اغلب بزرگتر از ضریب 2 است و انتشارات حاصل نزدیک به مادون قرمز است. | ## جمع‌بندی | یکی از این نمونه ها پودر MgO است که با رنگ های افزودنی مخلوط شده است، و با جذب نور بنفش در خلاء، نور آبی-بنفش ساطع می کند.