Structure of cation interstitial defects in nonstoichiometric rutile

Abstract

New cation interstitial defect models are derived for substoichiometric rutile TiO2-x. These consist of linear arrangements, along [100] or [010], containing two face-shared octahedral pairs of trivalent cations. Diffusion mechanisms are described whereby these may readily aggregate to form pairs of crystallographic shear planes, as observed recently by high-resolution electron microscopy, when TiO2-x specimens are cooled relatively slowly from 1 050 °C. Electrostatic arguments explain why these defects have very much lower formation and migration energies than the traditional « point defect » interstitial model.On présente ici de nouveaux modèles de défauts interstitiels pour accommoder la nonstoechiométrie du rutile peu réduit TiO2-x. Ces défauts consistent en des arrangements linéaires, le long de directions [100] ou [010], de paires de cations trivalents situés au centre d'octaèdres d'oxygène ayant une face en commun. On décrit ensuite les mécanismes de diffusion permettant l'aggrégation de tels défauts pour donner naissance à des paires de plans de « cisaillement cristallographique », ainsi que cela a été récemment observé en microscopie électronique à haute résolution dans des cristaux TiO2-x refroidis relativement lentement depuis la température de réduction de 1 050 °C. Des considérations relatives à l'énergie électrostatique expliquent pourquoi ces défauts ont une énergie de formation et de migration beaucoup plus basse que les défauts « ponctuels » traditionnels

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