thumb|220x220px|NaCl kristályban található F-centrum A kristálytanban és a szilárdtest-fizikában F-centrumnak vagy színcentrumnak azt a kristálytani hibatípust nevezzük, mely esetén egy rácsbeli anionvakancia helyén kialakuló stabil elektronállapotokat egy vagy több párosítatlan elektron foglal el. Az ilyen elektronok jellemzően a látható tartományba eső fény elnyelésére és kibocsátására képesek, így ha az anyag színtelen volt, az F-centrumok jelenléte azt színessé teszi. Minél több az anyagban a színcentrum, annál intenzívebb a jelenség, annál erősebb az anyag elszíneződése is.
A kifejezés a német Farbzentrum kifejezésből ered (Farbe=szín, Zentrum=központ).
Fizikai leírása Színcentrumok természetes kristályokban is létrejönnek, kimondottan a fém-oxidokra jellemzőek. A kristály melegítésével a termikusan gerjesztett ionok elmozdulhatnak a rácsban elfoglalt helyükről és ha ezt egy anion teszi, miközben elektronokat hagy hátra, színcentrum jöhet létre.
Ennek megfelelően a színcentrumok keltésének egy módja a kristály melegítése a kristályban található anionban gazdag környezetben. Például NaCl kristályban úgy kelthetünk F-centrumokat, ha azt fémes Na-ban gazdag közegben hevítjük.
Ekkor a következő reakció jön létre:
Na0 → Na+ + e−
A Na+ beépül a kristályba és Cl− vakanciák jönnek létre a nagy nátriumtöbblet miatt
Az így létrejött vakanciák elektronokat fognak be, hogy csökkenhessen a kloridion hiánya miatti pozitív töltés lokális túlsúlya, azaz színcentrum jön létre. Színcentrumok ionizáló sugárzás hatására is létrejöhetnek.
Az F-centrumokon tartózkodó elektronok jellemzően paramágneses tulajdonságúak, így vizsgálatuk egy lehetséges módja az elektron-paramágnesesrezonancián alapuló mérés.
H-centrumnak nevezzük azt a némiképp az F-centrum ellentétének tekinthető rácshiba típust, amikor a rácsba egy intersticiális (rácsközi) halogén atom épül be. Egy H-centrum és egy F-centrum (például diffúzió során) találkozik, egymást semlegesítik, a két hibahely eltűnik. Ez a folyamat a rács optikai gerjesztésével (pl. lézerrel) elősegíthető.
Alkalmazásai A színcentrumoknak köszönhető az a jelenség, hogy bizonyos kristályok hevítés hatására elszíneződnek. Pl. a lítium-klorid pink, a kálium-klorid lilás, a cink-oxid pedig sárga színű lesz.
Az elszíneződés különféle alkalmazásokat tesz lehetővé. Ezen a jelenségen alapul a röntgenfotonok és töltött részecskék detektálására alkalmas képalkotó lemez működése is. A lemez olyan bevonattal rendelkezik, mely röntgenfoton és töltött részecskék detektálására alkalmas. Anyaga BaXF:Eu2+ , ahol X=Cl, Br, I, azaz halogén. A réteg kétszeresen ionizált európiummal van dópolva. A beeső foton vagy töltött részecske ezeket tovább ionizálja, Eu3+ ionok jönnek létre elektron leadás mellett. A vezetési sávba jutó elektron egy halogén vakancián befogódik és színcentrumot hoz létre. A színcentrumok száma a beeső röntgensugárzás vagy töltöttrészecske-nyaláb lokális intenzitásával függ össze. A képalkotó lemez kiolvasása vörös lézerrel történhet (pl. He-Ne lézer, 633 nm). A lézer végigpásztázza a lemezt, az Eu3+ ionokat visszaalakítja Eu2+ ionná, közben az eltűnő színcentrumok kék fotonokat bocsátanak ki, melyeket a lézerrel együtt pásztázó optikai rendszer fotoelektron-sokszorozó segítségével detektál.
Jegyzetek
Források Photonics Dictionary W. Hayes, A.M. Stoneham "Defect and Defect Processes in Nonmetallic Solids" Wiley 1985 J. H. Schulman, W.D. Compton "Color Centers in Solids" Oxford, Pergamon 1962
K S Jheeta et al IUAC Delhi, indian journal of pure and applied physics 2008
Kategória:Szilárdtestfizika Kategória:Kristálytani hibák