色心（詞語）

應用

通常色心的存在對固體器件是有害的。1974年L.莫勒瑙爾等利用摻Li的KCl晶體的色心獲得近紅外可調激光輸出，可在光纖通信、頻標、醫(yī)學、窄能隙半導體研究方面獲得應用。

帶有色心的堿金屬鹵化物晶體是制作可調諧激光器的材料。色心激光器有可能成為一種有實用價值的激光技術。色心晶體可做儲存或顯示信息器件等的材料。?

大量人為控制的色心材料在諸如半導體、發(fā)光、光電導等許多技術領域中有著廣泛的應用。

出現方法

堿鹵化物如果沒有色心，在紫外到紅外的區(qū)段是完全透明的。色心的出現可以使晶體著色。通過以下方式使晶體著色：

①摻入化學雜質，在晶體中形成吸收中心；引入過量金屬離子，形成負離子空位，正電性的負離子空位束縛住從金屬原子電離的電子，形成可見光的吸收中心；

②X射線、γ射線、中子或電子轟擊晶體形成損傷，使晶體產生點缺陷，可以束縛電子或空穴形成可見光的吸收中心；

③電解過程??。

堿鹵晶體在堿金屬蒸氣中加熱，然后驟冷，原來透明的晶體就出現顏色，這個過程稱為增色。在這過程中形成了負離子空位，即F心。如NaCl增色后呈黃色。因為晶體中形成超過化學比的堿金屬離子，從而形成負離子空位。

缺陷

晶體的主要特征是其中原子（分子）的規(guī)則排列，實際晶體中原子的排列總是或多或少偏離嚴格的周期性。晶體中的原子作微振動時破壞了周期性，因而在晶體中傳播的電子波或光電波會受到散射，晶體的電學性質或光學性質隨即發(fā)生變化。在熱起伏過程中，晶體的某些原子振動劇烈，脫離格點跑到表面，在內部留下了空格點，即空位；脫離格點的原子進入晶格的間隙位置，形成填隙原子。在一個或幾個晶格常數的線度范圍內引起晶格周期性的破壞，統(tǒng)稱為晶體中的點缺陷。微觀的點缺陷會在晶體中吸收光波，使得晶體呈現各種各樣的顏色，這些“顏色中心”成為色心。點缺陷影響晶體的力學、電學、熱學、光學等方面的性質。

分類

色心有電子中心和空穴中心兩大類。

堿鹵化物晶體中，鹵素離子空位帶正電荷，能夠俘獲一個電子，形成一個色心，稱為F心；在(110)晶面若有兩個相鄰的鹵素離子空位可聯合俘獲兩個電子，此缺陷稱為F2心。晶體中相鄰的一對鹵素離子結合成鹵素分子且?guī)б粋€負電荷（如Cl2），這個復合體能夠俘獲一個空穴，達到電中性而穩(wěn)定。這個復雜的缺陷稱為Vk心，是一個空穴型色心的實例。1957年用電子自旋共振實驗證實了F心、Vk心的結構模型。

理論詮釋

20世紀20年代R.坡耳對堿鹵化合物晶體的色心性質進行實驗研究，逐步發(fā)展并完善了測定色心結構的光譜及磁共振等技術，為色心物理學奠定了基礎，開拓了這一領域。對于堿金屬鹵化物晶體、氧化物晶體以及其他類型晶體中的色心研究正方興未艾，不斷取得新進展?，F今色心的研究已擴展到氧化物離子晶體。使晶體著色通常是晶體中引入某些化學雜質，如KCl中加Ca則可產生相應數量的K離子空位，或晶體在堿金屬蒸氣加熱，如KCl在K蒸氣中加熱變成品紅色。X射線、γ射線，中子和電子轟擊等也會引起離子空位，從而產生色心。

定義

色心(color?center)是指透明晶體中由點缺陷、點缺陷對或點缺陷群捕獲電子或空穴而構成的一種可導致可見光譜區(qū)的光吸收的缺陷。

簡介

晶體的主要特征是其中原子（分子）的規(guī)則排列，但實際晶體中原子的排列總是或多或少地偏離了嚴格的周期性。晶體中的原子作微振動時破壞了周期性，因而在晶體中傳播的電子波或光電波會受到散射，這就意味著晶體的電學性質或光學性質發(fā)生了變化。在熱起伏過程中，晶體的某些原子振動劇烈，脫離了格點而跑到表面上，在內部留下了空格點，即空位；或者那脫離格點的原子進入了晶格中的間隙位置，形成填隙原子。另一方面，外來的原子（雜質）進入晶體后，可以處在間隙位置上，成為填隙式的雜質，也可以占據空位而形成為替位式原子。這些在一個或幾個晶格常數的線度范圍內引起晶格周期性的破壞，統(tǒng)稱為晶體中的點缺陷。這些微觀的缺陷會在晶體中引起一定的吸收，使得晶體呈現各種各樣的顏色，人們又把這些“顏色中心”成為色心。晶體中的缺陷影響著晶體的力學、電學、熱學、光學等等方面的性質。

在特定的條件下，很多材料中都可觀察到色心。容易產生色心的材料有堿金屬鹵化物、堿土金屬氟化物和部分金屬氧化物。色心可以在電離輻射的照射下產生，也可以在一定的氧化或還原性氣氛中加熱晶體得到，還可以用電化學方法產生出一些特定的色心。最常見并研究的最充分的是堿金屬或堿土金屬鹵化物中的F色心，F色心是俘獲了電子的負離子空位。正離子空位缺陷俘獲空穴形成的色心稱做V色心。另外，還有其他類型的色心，如H色心、M色心和R色心等。M心由兩個相鄰的F心構成；R心由三個相鄰的F心構成。BaFBr：Eu中的F色心有F（F）和F（Br）兩種，分別對應于材料中俘獲了電子的兩種陰離子空位。這種材料中的色心可以被用來存儲X射線的圖像，當由BaF-Br:Eu材料制成的屏在X射線照射下，X射線的圖像在存儲屏內產生由F色心構成的潛像，在紅色激光的激勵下，F色光中的電子被釋放出來，與Eu2+離子復合并發(fā)出的特征光，利用光接收設備和計算機處理可以得到X射線衍射圖像儀中，這種圖像儀可以提高醫(yī)學檢驗的效率和圖像的質量。

堿鹵化物如果沒有色心，在紫外到紅外的區(qū)段是完全透明的。色心的出現可以使晶體明顯著色?？梢酝ㄟ^以下方式使晶體著色：摻入化學雜質，在晶體中形成吸收中心；引入過量金屬離子，形成負離子空位，正電性的負離子空位束縛住從金屬原子中電離的電子，從而形成可見光的吸收中心；X射線、γ射線、中子或電子轟擊晶體形成損傷，使晶體產生點缺陷，可以束縛電子或空穴形成可見光的吸收中心；電解過程。

堿鹵晶體在堿金屬蒸氣中加熱，然后驟冷，原來透明的晶體就出現了顏色，這個過程稱為增色。原因是在這過程中形成了負離子空位，即F心。NaCl增色后呈黃色，KCl增色后呈品紅色，因為晶體中形成超過化學比的堿金屬離子，從而形成負離子空位。

離子在可見光區(qū)各有一個吸收帶稱為F帶。吸收帶與溫度有關，溫度越低，吸收帶越窄。這個吸收帶實際對應一根吸收譜線，該譜線變成吸收帶是由于晶格振動引起的，所以溫度越高，晶格振動越劇烈，吸收帶越寬。

色心