L'Acadèmia de Ciències de les Ciències de la Xina de les Ciències de la Ciències del fluorur de calci s'ha avançat en l'estudi dels defectes de cristall de fluor de calci. Els cristalls de fluorur de calci presenten un ampli rang de longitud d’ona de transmissió, efectes de baixa dispersió i una forta resistència als danys làser, convertint-los en components bàsics en instruments avançats com ara sistemes de litografia ultraviolats, càmeres d’espai d’alta resolució i equips de detecció òptica d’alta precisió. No obstant això, l'estructura cúbica oberta del fluorur de calci deixa la meitat dels llocs de gelosia octaèdrica vacant, donant lloc a una densitat de luxació de 10⁵\/cm², que deteriora significativament el rendiment. Per tant, identificar, analitzar i controlar precisament defectes de luxació dins del cristall és un punt innovador per aconseguir un rendiment de limitació de limitació gairebé teòric dels cristalls de fluor de calci i complir els requisits extrems d’aplicació. A causa de la sensibilitat dels ions F als feixos d’electrons, la caracterització a nivell atòmic de les deslocalitats en els cristalls de fluor de calci ha suposat reptes importants i les tècniques de caracterització tradicionals han lluitat per resoldre i aclarir les seves configuracions de luxació i mecanismes de formació.
Com a resposta, un equip de recerca dirigit pel doctor Liangbi SU i el doctor Bo Zhang de l’Institut de Ceràmica de Xangai, Academy of Sciences, va abordar els colls d’ampolla tècnics en la caracterització a nivell atòmic de les dislocacions en cristalls de fluor de calci. Van desenvolupar un sistema de caracterització integrat a diverses escales que combina la "difracció de backscatter d'electrons de gran resolució química (HR-EBSD)-integrada en fase diferencial de transmissió de transmissió d'escaneig electrònica de transmissió electrònica (IDPC-STEM)." L’estudi va desenvolupar una tècnica EBSD d’alta resolució basada en l’algoritme de compensació de rotació de la línia Kikuchi, superant les limitacions de la precisió tradicional d’EBSD i la va combinar amb gravat químic per aconseguir una localització i caracterització precises de diferències d’orientació petita per a dos tipus de luxacions en cristalls: "distribuïda lliurement" i "agregades regularment". Addicionalment, l'estudi va utilitzar la tecnologia IDPC-IDPC-TIGE de dosis ultra-baixes per resoldre directament la disposició atòmica F\/CA a l'escala atòmica per primera vegada i capturar clarament la veritable configuració de dislocacions.
Anàlisi de la morfologia, la distribució i les diferències d'orientació de les dislocacions en cristalls de fluor de calci
A més, mitjançant la integració d’experiments de creixement de cristalls, càlculs de primer principi i caracterització estructural, els investigadors van dilucidar el mecanisme de formació de luxació en cristalls de fluor de calci. L’estudi va trobar que els gradients de temperatura excessius causen desajustos de gelosia, promovent així la formació de luxació. Addicionalment, l'estudi va aclarir la relació causal entre l'agregació preferida per la vacant i la nucleació de luxació incompleta de Frank a escala atòmica. A partir d’aquestes troballes, l’estudi va proposar estratègies per suprimir\/reduir els defectes de luxació i va validar la possibilitat d’autoregulació de dislocació mitjançant experiments de tractament tèrmic. La densitat de luxació en cristalls de fluor de calci es va reduir de 10 a 10 º Cm⁻² a 10 m⁻², proporcionant una via pràctica per assolir cristalls de fluor de calci baix de defecte.
Aquest estudi aborda el repte científic de llarga durada per assolir la "resolució a nivell atòmic" de defectes en els cristalls de fluor de calci i estableix una cadena cognitiva completa des del macroscòpic fins al nivell mesoscòpic i els nivells atòmics de defectes, proporcionant una base científica crítica per a la preparació de cristalls amb un rendiment gairebé teòric-limit.
