Двойникование

Двойникование, образование в монокристалле областей с закономерно измененной ориентацией кристаллической структуры. Структуры двойниковых образований являются либо зеркальным отражением атомной структуры материнского кристалла (матрицы) в определенной плоскости (плоскости Д.), либо образуются поворотом структуры матрицы вокруг кристаллографической оси (оси Д.) на некоторый угол, постоянный для данного вещества, либо другими преобразованиями симметрии (см. Симметрия кристаллов). Пара - матрица и двойниковое образование - называется двойником.

Д. происходит в процессе роста кристаллов (см. Кристаллизация) из-за нарушений в укладке атомов при нарастании атомного слоя на зародыше или на готовом кристалле (дефекты упаковки), а также при срастании соседних зародышей (двойники роста, рис. 1). Д. происходит также благодаря деформации при механическом воздействии на кристалл - при ударе острия, растяжении, сжатии, кручении, изгибе и т. д. (механические, двойники), при быстром тепловом расширении и сжатии, при нагревании деформированных кристаллов (двоиники рекристаллизации), при переходе из одной модификации кристалла в другую (см. Полиморфизм).

Переброс части или всего кристалла в двойниковое положение у металлов осуществляется послойным скольжением атомных плоскостей. Каждый атомный слой последовательно смещается на долю межатомного расстояния, при этом все атомы в двойниковой области перемещаются на длину, пропорциональную их расстоянию от плоскости Д. (плоскости зеркального отражения). У других кристаллов этот процесс сложнее, например у кальцита CaCO₃ добавляется вращение групп CO₃. Механические двойники образуются в тех случаях, когда деформация скольжением в направлении приложенной силы затруднена (см. Пластичность).

Д. может сопровождаться изменением размеров и формы кристалла, что характерно, например, для CaCO₃. Д. CaCO₃ можно осуществить нажатием лезвия (рис. 2, а), при этом в двойниковое положение переходит участок в правой части кристалла (рис. 2, б). Д. с изменением формы имеют место у всех металлов, полупроводников - германия, кремния и у многих др. кристаллов. Другой вид Д., не вызывающий изменения формы кристалла, наблюдается, например, у кварца и триглицинсульфата.
Если однородность структуры монокристалла нарушена многочисленными двойниковыми образованиями, то его называют полисинтетическим двойником (рис. 3). В кристаллах сегнетоэлектриков двойниковые образования являются одновременно сегнетоэлектрическими доменами, причём они характеризуются различными оптическими свойствами (рис. 4).
Д. сильно влияет на механические свойства кристаллов: прочность, пластичность, хрупкость, а также на электрические, магнитные и оптические свойства. Д. ухудшает качество полупроводниковых приборов. Закономерности механической Д. кристаллов используются в геологии для диагностики минералов и для выяснения условий образования горных пород. Распределение двойниковых прослоек в породообразующих минералах позволяет характеризовать воздействия, которым подвергалась порода. Механические Д. учитывается геологами и петрографами при анализе течения горных пород после их деформирования.
М. В. Классен-Неклюдова.