Mengapa lowongan di padatan disebut sebagai cacat keseimbangan?

Profesor saya, ketika membahas tentang model Random Walk saat difusi dalam logam mengatakan bahwa "Lowongan adalah cacat keseimbangan tetapi dislokasi tidak". Saya tidak mengerti mengapa. Kenapa gitu?

Bayangkan Anda memiliki dua kotak yang dipisahkan oleh partisi yang dapat dilepas. Setiap kotak diisi dengan gas monatomik murni yang berbeda. Saat Anda menghapus partisi, campuran gas. Keadaan keseimbangannya cenderung ke arah campuran yang merata di setiap titik waktu. Kemungkinan pemisahan gas secara spontan pada dasarnya adalah nol untuk jumlah atom yang cukup banyak. Ini dimodelkan oleh mekanika statistik, dan terjadi untuk sistem serupa yang terdiri dari beberapa komponen seluler.

Padatan tidak berbeda dari gas dalam hal mereka mematuhi prinsip-prinsip mekanika statistik. Dalam kasus kisi kristal, lowongan adalah titik kisi tanpa atom, i e. ruang kosong. Semua benda padat secara konstan terpapar ke ruang kosong di permukaannya, dan cenderung bercampur dengannya. Ini mungkin terdengar aneh, tetapi ingat bahwa atom dalam kisi bersifat mobile, dan dapat menggeser posisi kisi jika ruang tetangga tersedia. Semua titik kisi di permukaan memiliki banyak ruang yang tersedia di luar kristal. Hal yang sama berlaku pada batas butir dan dislokasi. Jadi dengan gerakan atom acak, ruang kosong dapat berdifusi ke dalam kisi dan menciptakan lowongan. Seperti yang kita tentukan dengan pengaturan dua-gas, ruang kosong dan padatan cenderung berada dalam beberapa kesetimbangan campuran, yaitu konsentrasi kekosongan lowongan tidak nol. Satu-satunya detail yang tersisa adalah bahwa campuran tersebut tidak sama karena atom-atom padatan memiliki gaya kohesif yang kuat yang mengikatnya. Tidak seperti gas, kristal tidak merata menyebar ke ruangan dan langsung menguap. Setidaknya, dalam kesetimbangan tidak (mengurangi tekanan uap)!

Sedangkan untuk dislokasi, konsentrasi kesetimbangannya adalah nol karena tidak terbentuk secara spontan, tetapi dapat secara spontan meninggalkan kristal. Ingatlah bahwa dislokasi terbentuk sebagai respons terhadap geser bersih yang menciptakan setengah bidang atom "kelebihan", atau secara bergantian bidang setengah kelebihan "lowongan". Ini terjadi oleh proses yang disebut "slip". Slip tidak terjadi dalam kesetimbangan. Memasukkan setengah bidang kekosongan ke dalam kristal, yang semuanya diatur di sepanjang bidang, dan dilakukan secara spontan, tidak akan terjadi secara kebetulan. Sebaliknya, dislokasi yang ada dapat bergerak secara spontan dengan menyerap atau memancarkan dislokasi dalam proses yang disebut "memanjat". Jika kekosongan diserap, setengah bidang atom berkurang jumlahnya, menggerakkan garis dislokasi ke arah itu. Jika lowongan dilepaskan, yang terjadi adalah sebaliknya. Jika garis dislokasi mencapai permukaan, itu bukan lagi dislokasi. Jadi dislokasi dapat meninggalkan kristal, tetapi tidak bisa masuk, menghasilkan konsentrasi kesetimbangan bersih nol.