Estructura cristalina /Física de los materiales
Hola amigos amantes de la ciencia, estoy de vuelta!!!
Ya varios días sin publicar respecto a temas relacionados con el área en que trabajo, hoy quiero presentar algo nuevo, anteriormente hable mucho de cómo fabricar un semiconductor (hablando vulgarmente) la palabra correcta seria "sintetizar". Y es que luego de obtener lingotes semiconductores viene la parte interesante de estos materiales, debemos realizar estudios de carácter fisicoquimico para poder observar que propiedades presentan dicho compuestos, es decir, para que nos puede servir y si presenta alguna aplicación en especifico.
En primer lugar quiero explicar la caracterización estructural de un semiconductor, pero antes debemos tener conocimientos previos de la teoría de física del estado solido. Este tema es muy amplio y muchos se preguntarán ¿qué es una caracterización estructural?. En publicaciones posteriores a esta explicaré en detalle cómo se caracteriza cualitativamente un compuesto semiconductor, para esto debemos tener conocimiento de los sistemas cristalinos y la difracción de rayos X, porqué es importante conocer los sistemas cristalinos, porqué cada compuesto semiconductor pertenece a un sistema, es decir, presenta un orden atómico para poder crear dicho material y de acuerdo con ese orden de átomos se forma una estructura que vendría siendo como su identificación o huella dactilar del compuesto.
Cuando hablamos de estructuras cristalinas, se trata de estructuras en estado sólido. Los sólidos se pueden presentar en dos formas: sólidos cristalinos y sólidos amorfos, que són aquellos que no presentan orden de sus átomos dentro de la estructura del vidrio, como los materiales conocidos como cuarzo y vidrio, estos están formados por átomos de silicio y oxígeno dentro de su estructura cristalina. Y los sólidos cristalinos es lo opuesto a los sólidos amorfos, porque estos si presentan un ordenamiento atómico en su estructura cristalina. El ejemplo está en la imagen a continuación donde podemos observar fácilmente el cuarzo cristalino y el vidrio de cuarzo no cristalino, ambos materiales presentan diferente ordenamiento atómico en su estructura.
En el estudio de las estructuras cristalinas, también referenciamos al tamaño, forma y organización atómica en la red cristalina de un material, que a su vez esta formada por un conjunto de puntos a los que se les denomina "puntos de red", que son aquellos que se ordenan dentro de la estructura del material según un patrón que se repite periódicamente. Los puntos de red vendrían siendo aquellos que le dan forma a la estructura.
También dentro de la estructura cristalina encontramos varias subdivisiones que presentan y conservan las características de la red, a esto lo llamamos celda unitaria, lo que podríamos decir de la misma manera que es una pequeña porción que contiene el patrón de ordenamiento.
Ahora bién dentro del estudio teórico de este tema encontramos que cada sistema cristalino esta compuesto por algunas redes o celdas unitarias que se conocen como redes de Bravais a continuación entrare explicaré de que se trata:
Redes de Bravais
Para describir un sólido cristalina en la física de los materiales usamos el concepto de red de Bravais, que es el arreglo periódico de puntos en el espacio donde se ordenan las unidades repetitivas dentro del cristal, tales como: átomos, moléculas, iones, etc.
Es importante conocer este estudio ya que nos proporcionan información importante acerca de la geometría del cristal.
Matemáticamente las redes de Bravais se describen a través de cierta operación de traslación de vectores la cual es la siguiente:
Donde 
son los vectores de la red.
Existen 14 tipos diferentes de celdas unitarias, agrupadas en 7 sistemas de cristalina que son los siguientes:
Cúbico
Donde se encuentran cuatro ejes cuaternarios perpendiculares entre sí. En este sistema, se forma una red cuadrada en forma de cubo. Este tipo de sistema cristalino tiene 3 celdas unitarias que son: la celda primitiva o simple (P), la celda centrada en el cuerpo (I) y la celda centrada en las caras (F).
Tetragonal
En este sistema hay un solo eje cuaternario. Este tipo de sistema tiene 2 celdas unitarias: la primitiva o simple (P) y la centrada en el cuerpo (I).
Ortorrómbico
En este sistema presenta dos ejes binarios perpendiculares entre sí. Los sistemas actuales son: Simple o primitivo (P), centrado en el cuerpo (I), centrado en las caras (F) y centrado en los lados (C).
Hexagonal
Presenta un eje senario dentro del sistema cristalino, es decir que sus puntos se encuentran en la parte superior de los puntos del primer plano, como se muestra en la figura.
Monoclínica
En este sistema presenta una simetría binaria y puede considerarse una red oblicua. Dentro de este sistema se presentan dos celdas primitivas que son: el primitivo o simple y el centrado en el cuerpo.
Triclínico
Presenta un sistema sin ejes simétricos. Sus puntos o átomos están ubicados de modo que sus ejes binarios no colisionan entre sí, y es por eso que no tienen simetría.
Trigonal
Este sistema presenta un eje ternario y se considera una red hexagonal, podríamos decir que los átomos se ubican de modo que los centros de las trágicas en la célula primitiva se ubican en la parte superior del punto de la red dentro del primer plano, con el propósito de que no hay ejes senarios.
Y esto es todo por hoy amigos más adelante seguiré explicando de este maravilloso mundo de los semiconductores, en mi siguiente post les mostraré cómo se caracteriza estructuralmente un compuesto semiconductor, gracias por su atención y si tiene alguna duda no olvide dejar su comentario.
Referencias
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Charles Kittel. Introducción a la física del estado sólido ". Segunda edición. Editorial Reverte. Pag 29-42.
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Saludos estimado @carlosserp-200. Buena explicación de la estructura cristalina de los sólidos, clara y concisa. Estaremos atentos a la continuación.
Muchas por tomarse el tiempo para leer @emiliomoron
buen post @carloserp-2000 bastante completo.
Gracias @aquiless
Interesante post. Ciertamente la cristalográfica es necesaria si deseamos no solo caracterizar estructuralmente sino fisicoquímicamente. Si queremos conocer las propiedades no solo de un semiconductor sino de cualquier material debemos irnos microscópicamente a conocer su estructura y entender el comportamiento de tal.
Totalmente de acuerdo con tu comentario @viannis es super importante tener conocimientos en lo que respecta a la cristalografia, ya que es parte fundamental en el estudio de la propiedades físicoquimicas de cualquier material, es un tema que une tanto a la física como la química, por eso siempre he dicho que ambas carreras necesitan más cursos tanto la química cómo de física y viceversa.
Muy bueno tu post @carloserp-2000. Te felicito por tu trabajo constante. Saludos!.