Frenkeldefekte

Frenkeldefekte, auch Frenkel-Defekte genannt, sind eine Art von Punktdefekten in Kristallen. Sie entstehen, wenn ein Ion aus seinem regulären Gitterplatz in eine benachbarte Interstitzstelle wandert. An der ursprünglichen Position bleibt eine Leerstelle zurück, während das Ion an einer Zwischenposition situiert ist. Das Defektpaar besteht aus einer Leerstelle und einem Interstitialion desselben Spezies und besitzt insgesamt keine Nettoladung.

Entstehung und energetische Aspekte: Frenkeldefekte bilden sich bevorzugt bei ausreichender thermischer Anregung, etwa bei erhöhten Temperaturen, und können durch Migration des Ions über Energien Barrieren überwinden. Die Wahrscheinlichkeit ihrer Bildung hängt von der Summe aus Bildungskosten des Defekts und dessen Mobilität ab. Wegen der Neutralität des Defektpaares wirken Frenkeldefekte vor allem auf Diffusion und Ionentransport.

Vorkommen und Beispiele: Frenkeldefekte treten vor allem in ionischen Kristallen auf, in denen ein Teil der Ionen leicht in Zwischenpositionen verschoben werden kann. Typische Beispiele sind ZnO, AgCl und andere Halogenide oder fluoritische Strukturen, in denen Zink-, Silber- oder Fluorid-Ionen als Interstitialionen vorkommen können. Man unterscheidet oft zwischen kationischen Frenkeldefekten (Interstitionskationen) und ggf. entsprechenden Anionenformen, je nach Struktur und Größe der Ionen.

Auswirkungen: Frenkeldefekte erhöhen die ionische Diffusion und können die elektrischen Leitfähigkeiten beeinflussen. Sie tragen zur Temperaturabhängigkeit der Diffusion und zu wichtigen Eigenschaften wie Stabilität, Kristallqualität und optischen Eigenschaften von keramischen und Halbleiterwerkstoffen bei. Im Gegensatz zu Schottky-Defekten, bei denen mehrere Ionenarten fehlen, handelt es sich hier um ein einziges Speziespaar, das die Störung im Kristall darstellt.