Monocristallo

Unmonocristallo(osolidomonocristallino) è unmaterialein cui ilreticolo cristallinoè continuo ed ininterrotto nell'intero campione, senzabordi di grano, i quali possono avere effetti significativi sulle proprietà fisiche ed elettriche del materiale.
Dato che gli effettientropicifavoriscono la presenza, nella microstruttura dei solidi, di imperfezioni edifetti cristallografici, come le distorsioni e ledislocazioni, i monocristalli di considerevole dimensioni sono estremamente rari in natura, e sono anche difficili da produrre in laboratorio, sebbene possano essere creati sotto condizioni controllate.
L'opposto di un singolo cristallo è una struttura amorfa, in cui l'ordine nelle posizioni atomiche è limitato soltanto al breve raggio. Tra i due estremi esistono le fasipolicristallinaeparacristallina, costituiti di un numero di cristalli più piccoli noti comecristalliti.
Ilsilicio monocristallinoviene utilizzato nellafabbricazione dei dispositivi a semiconduttore. Sulla scala di grandezza dei dispositivi che costituiscono uncircuito integrato, le disomogeneità di unpolicristalloe le discontinuità rappresentate daibordi di granoaltererebbero le proprietà elettriche locali, dando un impatto significativo sulla funzionalità e sull'affidabilità dei dispositivi. Per questo, i fabbricanti dimicroprocessorihanno fortemente investito nelle tecniche di produzione di grandi monocristalli di silicio.
Nella scienza dei materiali, un'altra applicazione dei solidi monocristallini sta nella produzione di materiali ad alta resistenza, come le pale per turbine.Qui, l'assenza di bordi di grano dà un incremento nellaresistenza meccanicaa creep, cioè limita loscorrimento viscosoche deforma i materiali sottoposti a sforzo costante ad alta temperatura. Per contro, tutte le altre proprietà meccaniche sono inferiori in un monocristallo rispetto ad un solido policristallino dello stesso materiale.
Il rame monocristallino ha una migliore conduttività rispetto al rame policristallino. Attualmente (2022) viene utilizzato almeno per la fabbricazione di cavi per auricolari di altissima gamma e fedeltà di resa come gli iKKO Asgard OH5 e vengono utilizzati, per applicazioni elettriche ad alto rendimento, metodi di produzione di cristalli di grandi dimensioni per conduttori di rame. Questi possono essere considerati meta-monocristalli con soli pochi cristalli per metro di lunghezza.
I monocristalli sono molto importanti per la ricerca specialmente nel campo dellaFisica della materia condensatae inScienze dei materiali.
Lo studio dettagliato dellastruttura cristallinadi un materiale tramite tecniche come ladiffrazione di Bragge loscattering atomico dell'elioè molto facilitato con i monocristalli, che permettono di studiare la dipendenza direzionale delle varie proprietà.
Alcuni materiali mostranosuperconduttivitàsoltanto in campioni monocristallini e pertanto ne vengono prodotti esemplari specificamente destinati a questo scopo, anche quando per le altre proprietà sarebbe sufficiente una strutturapolicristallina.
Nel caso del silicio e della fabbricazione di monocristalli metallici le tecniche utilizzate coinvolgono unacristallizzazionemolto controllata e dunque relativamente lenta.
Le tecniche specifiche per produrre grandi monocristalli (denominatiboule) comprendono ilprocesso Czochralskie latecnica di Bridgman. Possono essere utilizzati altri metodi meno esotici di cristallizzazione, a seconda delle proprietà fisiche della sostanza, includendo lasintesi idrotermica, lasublimazioneo semplicemente lacristallizzazione basata sul solvente.
Una tecnologia differente per creare materiali monocristallini è chiamataepitassia. A partire dal 2009, questo processo viene usato per depositare strati molto sottili (su una scala che va dal micrometro al nanometro) dello stesso materiale o altri differenti sulla superficie di un monocristallo. Le applicazioni di questa tecnica risiedono nelle aree di produzione di semiconduttori, con usi potenziali in altri campi dellananotecnologiae dellacatalisi.