非晶态固体的主要特点
非晶态固体的主要特点除了高度的短程有序(~1nm左右),长程无序外,另一特点是其亚稳性。
图2
从热力学观点看,晶体应是对应于自由能最低的状态。因此,对于同一材料来说,非晶态比晶态的自由能要高。由于非晶固体是在比到达平衡点更短的时间内以某种手段使体内的原子配置冻结起来而制得的,因此在局部区域可以达到热平衡,但作为整体并没有达到热平衡,故其自由能不是取最小值,而是取与其它亚稳态相对应的极小值。如将自由能做为一维空间位置的函数,可如图2所示,图中C点表示固体自由能取最低值的晶态,而A、B…等自由能取极小值的点代表与各个非晶态相对应的亚稳态,其自由能值较晶态的高。
图3
玻璃态比无定形态更稳定,因为玻璃态所处的状态自由能极小值比无定形态的更“深”,即结合能较大,是比较稳定的亚稳状态(见图3所示)。
如果以光或热的形式传递给非晶固体某种比势垒更高的能量,或者使非晶固体放置充分长的时间,借助于热运动以改变固体内局部区域的原子配置,则非晶体可以从一个亚稳态转变到另一更稳定的,即自由能更低的亚稳态。非晶半导体的这种亚稳性既对使用造成了很大的麻烦,也提供了众多的可应用性。
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