色心（词语）

应用

通常色心的存在对固体器件是有害的。1974年L.莫勒瑙尔等利用掺Li的KCl晶体的色心获得近红外可调激光输出，可在光纤通信、频标、医学、窄能隙半导体研究方面获得应用。

带有色心的碱金属卤化物晶体是制作可调谐激光器的材料。色心激光器有可能成为一种有实用价值的激光技术。色心晶体可做储存或显示信息器件等的材料。 

大量人为控制的色心材料在诸如半导体、发光、光电导等许多技术领域中有着广泛的应用。

出现方法

碱卤化物如果没有色心，在紫外到红外的区段是完全透明的。色心的出现可以使晶体着色。通过以下方式使晶体着色：

①掺入化学杂质，在晶体中形成吸收中心；引入过量金属离子，形成负离子空位，正电性的负离子空位束缚住从金属原子电离的电子，形成可见光的吸收中心；

②X射线、γ射线、中子或电子轰击晶体形成损伤，使晶体产生点缺陷，可以束缚电子或空穴形成可见光的吸收中心；

③电解过程  。

碱卤晶体在碱金属蒸气中加热，然后骤冷，原来透明的晶体就出现颜色，这个过程称为增色。在这过程中形成了负离子空位，即F心。如NaCl增色后呈黄色。因为晶体中形成超过化学比的碱金属离子，从而形成负离子空位。

缺陷

晶体的主要特征是其中原子（分子）的规则排列，实际晶体中原子的排列总是或多或少偏离严格的周期性。晶体中的原子作微振动时破坏了周期性，因而在晶体中传播的电子波或光电波会受到散射，晶体的电学性质或光学性质随即发生变化。在热起伏过程中，晶体的某些原子振动剧烈，脱离格点跑到表面，在内部留下了空格点，即空位；脱离格点的原子进入晶格的间隙位置，形成填隙原子。在一个或几个晶格常数的线度范围内引起晶格周期性的破坏，统称为晶体中的点缺陷。微观的点缺陷会在晶体中吸收光波，使得晶体呈现各种各样的颜色，这些“颜色中心”成为色心。点缺陷影响晶体的力学、电学、热学、光学等方面的性质。

分类

色心有电子中心和空穴中心两大类。

碱卤化物晶体中，卤素离子空位带正电荷，能够俘获一个电子，形成一个色心，称为F心；在(110)晶面若有两个相邻的卤素离子空位可联合俘获两个电子，此缺陷称为F2心。晶体中相邻的一对卤素离子结合成卤素分子且带一个负电荷（如Cl2），这个复合体能够俘获一个空穴，达到电中性而稳定。这个复杂的缺陷称为Vk心，是一个空穴型色心的实例。1957年用电子自旋共振实验证实了F心、Vk心的结构模型。

理论诠释

20世纪20年代R.坡耳对碱卤化合物晶体的色心性质进行实验研究，逐步发展并完善了测定色心结构的光谱及磁共振等技术，为色心物理学奠定了基础，开拓了这一领域。对于碱金属卤化物晶体、氧化物晶体以及其他类型晶体中的色心研究正方兴未艾，不断取得新进展。现今色心的研究已扩展到氧化物离子晶体。使晶体着色通常是晶体中引入某些化学杂质，如KCl中加Ca则可产生相应数量的K离子空位，或晶体在碱金属蒸气加热，如KCl在K蒸气中加热变成品红色。X射线、γ射线，中子和电子轰击等也会引起离子空位，从而产生色心。

定义

色心(color center)是指透明晶体中由点缺陷、点缺陷对或点缺陷群捕获电子或空穴而构成的一种可导致可见光谱区的光吸收的缺陷。

简介

晶体的主要特征是其中原子（分子）的规则排列，但实际晶体中原子的排列总是或多或少地偏离了严格的周期性。晶体中的原子作微振动时破坏了周期性，因而在晶体中传播的电子波或光电波会受到散射，这就意味着晶体的电学性质或光学性质发生了变化。在热起伏过程中，晶体的某些原子振动剧烈，脱离了格点而跑到表面上，在内部留下了空格点，即空位；或者那脱离格点的原子进入了晶格中的间隙位置，形成填隙原子。另一方面，外来的原子（杂质）进入晶体后，可以处在间隙位置上，成为填隙式的杂质，也可以占据空位而形成为替位式原子。这些在一个或几个晶格常数的线度范围内引起晶格周期性的破坏，统称为晶体中的点缺陷。这些微观的缺陷会在晶体中引起一定的吸收，使得晶体呈现各种各样的颜色，人们又把这些“颜色中心”成为色心。晶体中的缺陷影响着晶体的力学、电学、热学、光学等等方面的性质。

在特定的条件下，很多材料中都可观察到色心。容易产生色心的材料有碱金属卤化物、碱土金属氟化物和部分金属氧化物。色心可以在电离辐射的照射下产生，也可以在一定的氧化或还原性气氛中加热晶体得到，还可以用电化学方法产生出一些特定的色心。最常见并研究的最充分的是碱金属或碱土金属卤化物中的F色心，F色心是俘获了电子的负离子空位。正离子空位缺陷俘获空穴形成的色心称做V色心。另外，还有其他类型的色心，如H色心、M色心和R色心等。M心由两个相邻的F心构成；R心由三个相邻的F心构成。BaFBr：Eu中的F色心有F（F）和F（Br）两种，分别对应于材料中俘获了电子的两种阴离子空位。这种材料中的色心可以被用来存储X射线的图像，当由BaF-Br:Eu材料制成的屏在X射线照射下，X射线的图像在存储屏内产生由F色心构成的潜像，在红色激光的激励下，F色光中的电子被释放出来，与Eu2+离子复合并发出的特征光，利用光接收设备和计算机处理可以得到X射线衍射图像仪中，这种图像仪可以提高医学检验的效率和图像的质量。

碱卤化物如果没有色心，在紫外到红外的区段是完全透明的。色心的出现可以使晶体明显着色。可以通过以下方式使晶体着色：掺入化学杂质，在晶体中形成吸收中心；引入过量金属离子，形成负离子空位，正电性的负离子空位束缚住从金属原子中电离的电子，从而形成可见光的吸收中心；X射线、γ射线、中子或电子轰击晶体形成损伤，使晶体产生点缺陷，可以束缚电子或空穴形成可见光的吸收中心；电解过程。

碱卤晶体在碱金属蒸气中加热，然后骤冷，原来透明的晶体就出现了颜色，这个过程称为增色。原因是在这过程中形成了负离子空位，即F心。NaCl增色后呈黄色，KCl增色后呈品红色，因为晶体中形成超过化学比的碱金属离子，从而形成负离子空位。

离子在可见光区各有一个吸收带称为F带。吸收带与温度有关，温度越低，吸收带越窄。这个吸收带实际对应一根吸收谱线，该谱线变成吸收带是由于晶格振动引起的，所以温度越高，晶格振动越剧烈，吸收带越宽。

色心