Punktdefekte

Punktdefekte sind örtliche Störungen im Kristallgitter, bei denen ein Netzpunkt fehlt oder durch Fremdatome ersetzt wird. Sie beeinflussen verschiedene Materialeigenschaften, da sie das Massentransport- und Energiemuster im Kristall verändern. Zu den wichtigsten Typen gehören Leerstellen (Vakanzen), Interstitialdefekte, Substitutionaldefekte sowie spezialisierte Paare wie Frenkeldefekte und Schottky-Defekte; außerdem kommen Antisite-Defekte in geordneten Verbindungen vor.

Die Haupttypen umfassen Vakanzdefekte (eine fehlende Atombindung an einer Gitterstelle), Interstitialdefekte (ein Atomspezies nimmt einen Zwischenraum ein), Substitutionaldefekte (Fremdatome besetzen reguläre Gitterplätze), Frenkeldefekte (Vakanz plus Interstitialpaar desselben Elements) und Schottky-Defekte (gleiche Anzahl von Kation- und Anionenleerstellen zur Ladungsausgleichung). Antisite-Defekte treten auf, wenn Atome an die falschen Gitterpositionen gelangen, was in Verbindungen mit mehr als einer Elementsorte häufig vorkommt.

Entstehung und Konzentration hängen von der Bildung Energie E_f ab. In thermischen Gleichgewichtskristallen ist die Gleichgewichts-Konzentration n ≈ exp(-E_f/kT). Nicht-Gleichgewichtskonzentrationen entstehen durch Strahlung, schnelle Abkühlung oder plastische Deformation und können temporär stabil bleiben.

Auswirkungen umfassen beschleunigte Diffusion, veränderte elektrische und optische Eigenschaften sowie modifizierte mechanische Festigkeit. In Halbleitern und Ionenträgern steuern Defekte Dotierung und Trägerdichte; in Metallen beeinflussen sie Verformung, Verfestigung und Verschleißprozesse.

Nachweismethoden umfassen Positronen-Elektronenspektroskopie (PAS), Elektronenparamagnetische Resonanz (EPR), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) sowie Röntgendiffraktion und verschiedene spektroskopische Techniken, die Zustände, Konzentrationen und Lokalisierung der Defekte charakterisieren.