Явление двойникования и эпитаксии в реальных кристаллах

Довольно часто встречаются агрегаты минералов с закономерным срастанием кристаллов. К такому типу относятся эпитаксические и двойниковые срастания.

Эпитаксия – это закономерное срастание кристаллов различных веществ или полиморфных модификаций одного вещества, кристаллизующихся в различных сингониях (рис. 14.1). Возможность эпитаксического срастания объясняется тем, что как геометрические, так и энергетические параметры плоской сетки одного кристалла совпадают с соответствующими параметрами плоской сетки другого кристалла. Допустимые различия параметров решетки при этом составляют:

-для ионных кристаллов – 15-20%;

-с металлической связью – 7-12%;

-остаточной связью – 3-5%.

Рисунок 14.1 – Эпитаксические сростки: а – кристаллов альбита и ортоклаза, б – ксенотипа с цирконом

Другие примеры эпитаксических срастаний:

- ортоклаз K [Al Si ₃ O₈] и кварц SiO₂;

- кубическая и ромбическая полиморфные модификации FeS₂ (пирит и марказит);

- кубическая и гексагональная полиморфные модификации ZnS (сфалерит и вюртцит).

Практическое значение эпитаксии разнообразно.

Например, по структуре субстрата можно судить о структуре кристалла, выросшего на его поверхности.

Чтобы вырастить тонкую пленку золота или серебра в несколько междуатомных расстояний, ее из раствора и пара наращивают эпитаксически на кристалле каменной соли (сходной структуры). После чего кристалл подложку растворяют.

Особенно широко используется эпитаксия в полупроводниковой технике, где рабочими элементами схем должны служить монокристальные бездефектные пленки толщиной в несколько ангстрем.

Двойники – закономерные срастания двух однородных по химическому составу кристаллических минералов, срастания которых произошло при определенной кристаллографической ориентации. Различают двойники срастания и двойники прорастания (рис 14.2).

Рисунок 14.2 – Двойникование в кристаллах: а – срастания, б - прорастания

Двойники срастания – один кристалл является зеркальным отражением другого кристалла (зеркальное срастание). При этом плоскость срастания является плоскостью симметрии, то есть главным элементом двойникования в этом типе двойников является плоскость двойникования. Среди двойников срастания встречаются следующие типы: нормальные (гипс, кальцит – виде ласточкиного хвоста), полисинтетические (альбит) и коленчатые (рутил) (рис. 14.3).

Рисунок 14.3 – Примеры двойников срастания

Нормальные – сложены двумя кристаллами, которые срослись по плоскости двойникования, т.е. плоская сетка грани одного кристалла соответствует плоской сетке грани срастания другого.

Полисинтетические – срастание нескольких кристаллов, где в двойниковом положении находятся два ближайших кристалла, а соседние – взаимно параллельны и повернуты один относительно другого на 180^о.

Коленчатые – срастание двух кристаллов, которые расположены под некоторым углом наклона.

Двойники прорастания – характеризуются тем, что один кристалл прорастает в другой с определенной кристаллографической ориентацией. В этом типе элементом двойникования является двойниковая ось, поворотом вокруг которой один кристалл совмещается с другим.

Рисунок 14.4 - Примеры двойников прорастания

На рис. 14.4 показаны двойники, где главными элементами двойникования являются двойниковые оси, которые одновременно можно идентифицировать с осями симметрии соответствующих порядков.