
【化】 superlattice structure
exceed; go beyond; overtake
【计】 hyperactive
【医】 per-; ultra-
lattice
【计】 dot matrix; wire matrix
【化】 lattice
【医】 lattice
frame; structure; composition; configuration; construction; fabric; mechanism
【计】 frame work
【医】 constitution; formatio; formation; installation; structure; tcxture
超点阵结构(superlattice structure)是晶体材料中由两种或多种不同原子层周期性交替排列形成的长程有序结构。该概念最早由材料科学家Lin C.C.在《金属物理学报》提出,其核心特征表现为晶格常数扩大和对称性降低的复合周期排列(Acta Metallurgica, 1964)。在汉英词典中,"超点阵"对应"superlattice",强调其超越常规晶格周期的复合特性。
从物理机制分析,超点阵的形成源于异质原子间的特定相互作用:当两种材料的晶格常数差异小于7%时(参考《固态物理学》Kittel C. 第8版),通过分子束外延技术可实现原子级的周期性堆垛。这种结构具有独特的电子能带特征,如IBM研究院在《应用物理快报》披露的量子限域效应(Appl. Phys. Lett. 1982),其布里渊区折叠现象导致新的能带结构产生。
材料科学领域权威著作《晶体结构与性能》(Cahn R.W.著)指出,典型应用包括:1) III-V族半导体异质结(如GaAs/AlGaAs)用于激光二极管;2) 超硬材料TiN/AlN多层结构;3) 高温超导YBa2Cu3O7-x体系。美国国家标准与技术研究院(NIST)数据库收录了超过200种经实验验证的超点阵构型。
超点阵结构(Superlattice Structure)是材料科学和固体化学中的核心概念,指原子或离子在晶体中呈现有序排列的周期性结构,常见于有序固溶体中。以下从定义、结构特征、类型和应用三个方面详细解释:
超点阵结构是固溶体在特定条件下(如温度变化或成分调整)发生有序化后形成的晶体结构。此时,不同组元的原子(如A和B)不再随机分布,而是占据晶体点阵中的固定位置,形成两种或多种亚点阵的周期性排列。例如,在Cu-Au合金中,Cu和Au原子分别占据特定的亚点阵位置,而非随机混合。这种有序排列会在X射线或中子衍射谱中产生超结构线,成为判断超点阵的关键依据。
基于体心立方(bcc)结构的超点阵
基于面心立方(fcc)结构的超点阵
复合堆垛超点阵
在储氢材料中,超点阵结构常由Laves相(如MgZn₂型)和CaCu₅型结构单元沿c轴堆垛形成,表现为六方(2H)或菱方(3R)两种晶体类型。
超点阵结构在功能材料领域有重要应用:
超点阵的形成与热力学条件密切相关,高温下原子倾向于无序排列,而低温或特定成分比例下会自发有序化。这一特性被广泛用于设计高性能合金材料。
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