Двойникование
Двойникование - образование в монокристалле областей с закономерно измененной ориентацией кристаллической структуры. Структуры двойниковых образований являются либо зеркальным отражением атомной структуры материнского кристалла (матрицы) в определенной плоскости (плоскости Д.), либо образуются поворотом структуры матрицы вокруг кристаллографической оси (оси Д.) на некоторый угол, постоянный для данного вещества, либо другими преобразованиями симметрии (см. Симметрия кристаллов). Пара - матрица и двойниковое образование - называется двойником.
Д. происходит в процессе роста кристаллов (см. Кристаллизация) из-за нарушений в укладке атомов при нарастании атомного слоя на зародыше или на готовом кристалле (дефекты упаковки), а также при срастании соседних зародышей (двойники роста, рис. 1). Д. происходит также благодаря деформации при механическом воздействии на кристалл - при ударе острия, растяжении, сжатии, кручении, изгибе и т. д. (механические, двойники), при быстром тепловом расширении и сжатии, при нагревании деформированных кристаллов (двоиники рекристаллизации), при переходе из одной модификации кристалла в другую (см. Полиморфизм).
Переброс части или всего кристалла в двойниковое положение у металлов осуществляется послойным скольжением атомных плоскостей. Каждый атомный слой последовательно смещается на долю межатомного расстояния, при этом все атомы в двойниковой области перемещаются на длину, пропорциональную их расстоянию от плоскости Д. (плоскости зеркального отражения). У других кристаллов этот процесс сложнее, например у кальцита CaCO3 добавляется вращение групп CO3. Механические двойники образуются в тех случаях, когда деформация скольжением в направлении приложенной силы затруднена (см. Пластичность).
Д. может сопровождаться изменением размеров и формы кристалла, что характерно, например, для CaCO3. Д. CaCO3 можно осуществить нажатием лезвия (рис. 2, а), при этом в двойниковое положение переходит участок в правой части кристалла (рис. 2, б). Д. с изменением формы имеют место у всех металлов, полупроводников - Германия, кремния (См. Кремний) и у многих др. кристаллов. Другой вид Д., не вызывающий изменения формы кристалла, наблюдается, например, у кварца и триглицинсульфата.
Если однородность структуры монокристалла нарушена многочисленными двойниковыми образованиями, то его называют полисинтетическим двойником (рис. 3). В кристаллах сегнетоэлектриков двойниковые образования являются одновременно сегнетоэлектрическими Доменами, причём они характеризуются различными оптическими свойствами (рис. 4).
Д. сильно влияет на механические свойства кристаллов: Прочность, Пластичность, Хрупкость, а также на электрические, магнитные и оптические свойства. Д. ухудшает качество полупроводниковых приборов (См. Полупроводниковые приборы). Закономерности механической Д. кристаллов используются в геологии для диагностики минералов и для выяснения условий образования горных пород. Распределение двойниковых прослоек в породообразующих минералах позволяет характеризовать воздействия, которым подвергалась порода. Механические Д. учитывается геологами и петрографами при анализе течения горных пород после их деформирования.
М. В. Классен-Неклюдова.
Рис. 2б. Фотография сдвойникованного кальцита.
Рис. 1. Двойники роста.
Рис. 2а. Двойникование кальцита нажатием лезвия (метод Баумгауера).
Рис. 3. Слева - полисинтетический двойник сегнетовой соли; справа - полисинтетический двойник триглицинсульфата, выявленный травлением (фотография в отражённом свете).
Рис. 4. Схема расположения оптической индикатриссы: а - в ромбическом кристалле сегнетовой соли; б, в - в компонентах двойника, вытянутых вдоль осей с и b моноклинного кристалла.