¿Qué es el crecimiento cristalino?

Es un conjunto de procedimientos, naturales o artificiales, que conducen a la formación de cristales.

En la naturaleza, los cristales minerales se forman bajo una presión muy alta que el suelo ejerce sobre sí mismo (la gravedad realmente funciona). A lo largo de millones de años, la materia se aplasta en una forma atómicamente compacta, formando cristales visibles para el ojo. Dado que el óxido de slicón es uno de los compuestos más comunes en el planeta, las geodas de cuarzo, mica y amatista se encuentran esencialmente donde se excava un agujero profundo en el suelo.

Artificialmente, podemos recrear algunas de las condiciones en la naturaleza para hacer muchas piedras preciosas para fines industriales, especialmente ópticas avanzadas. En cantidades a escala de laboratorio, existen técnicas disponibles para manipular átomos individuales para producir alótropos de carbono que exceden la dureza y las cualidades ópticas del diamante natural. Toda la industria de semiconductores depende del crecimiento de cristales inorgánicos en varias etapas para crear chips de silicio y otros láseres de semiconductores. Hay muchas técnicas involucradas: desde la creación de lingotes de silicio (Chrozalski o técnicas de metalurgia / crisol de zona flotante) hasta procesos húmedos (oxidación del horno húmedo) a gaseoso / plasma (epitaxia de fase de vapor metal-orgánico) a iones pesados ​​(deposición de capa atómica, haz molecular epitaxia)

También podemos cultivar cristales orgánicos de alta pureza, que se encuentran mucho más raramente en la naturaleza. Estos son útiles para la industria química y alimentaria, por ejemplo.

El crecimiento cristalino implica la deposición controlada de átomos / moléculas, generalmente de la fase vapor / líquido a una fase sólida. Comienza desde la colección de átomos para adquirir un tamaño crítico llamado núcleo seguido por el crecimiento de núcleos a un tamaño de cristal macroscópico. Los núcleos líquidos en general siguen una forma esférica debido a la tensión superficial uniforme. En contraste, los núcleos sólidos generalmente toman formas bien definidas con orientaciones cristalográficas específicas. Debido a que la energía de la superficie no es la misma para todos los planos cristalográficos de un cristal dado y, como consecuencia, los núcleos sólidos toman diferentes formas. La forma particular depende de las facetas formadas durante el crecimiento y la energía superficial de las facetas. Por ejemplo, ¿por qué los cristales de diamante tienen una forma particular con facetas bien definidas? La respuesta está en el crecimiento de los cristales …

Los cristales son de naturaleza anisotrópica y las propiedades varían con la dirección cristalográfica dada. Los científicos que trabajan en el crecimiento de cristales generalmente cultivan cristales en orientaciones específicas donde el rendimiento de los dispositivos fabricados en base a estos cristales es óptimo.

El crecimiento cristalino implica el estudio de todas estas cosas de manera sistemática y controlada. Debido al rápido avance en la tecnología de crecimiento, hoy es posible cultivar materiales a escala de nano longitud en una dirección cristalográfica específica usando una variedad de técnicas de deposición.