Quelltext der Seite Farbzentrum

'''Farbzentren''' sind [[Gitterfehler]], die sichtbares Licht absorbieren. '''F-Zentren''' sind die einfachsten Farbzentren und bestehen aus [[Leerstelle]]n in [[Ionenkristall]]en, an welchen [[Anion]]en fehlen. Die [[Elektrische Ladung|Ladung]] dieser fehlenden Anionen wird ausgeglichen, indem die Leerstelle mit einem oder mehreren [[Elektron]]en besetzt ist.

Die Elektronen eines Farbzentrums können [[elektromagnetische Strahlung]] im [[Wellenlänge]]nbereich des sichtbaren Lichts [[Absorption (Physik)|absorbieren]], was zu einer Verfärbung des [[Kristall]]s führt. Das [[Absorptionsspektrum]] eines solchen Kristalls besitzt eine scharfe Linie (''F-Bande''), wobei die Position von der Größe und Form der Anionenleerstelle abhängt, die dem Elektron zur Verfügung steht. Dabei hängt das [[Elektromagnetisches Spektrum|Spektrum]] ausschließlich von der Struktur des Wirtsystems ab und ist unabhängig davon, woher das Elektron stammt. Am besten untersucht sind die F-Zentren in Ionenkristallen vom [[Natriumchlorid-Struktur]]typ. Im [[Natriumchlorid]] hat die F-Bande eine Wellenlänge von 465&nbsp;[[Nanometer|nm]]. Der Kristall hat dann eine tiefgelbe Farbe.

Ein Farbzentrum ähnelt [[Quantenmechanik|quantenmechanisch]] dem [[Teilchen im Kasten]], einem der einfachsten Modellsysteme der Quantenmechanik. Einen Beweis, dass die Elektronen wirklich in den Leerstellen eingesperrt sind und nicht mit anderen Farbzentren wechselwirken, liefert das [[Elektronenspinresonanz|ESR]]-Spektrum. Jedes ungepaarte Elektron besitzt einen ungepaarten [[Spin]] und somit ein [[paramagnet]]isches [[Magnetisches Moment|Moment]].

Ionische Verbindungen, in denen die Anionen systematisch durch Elektronen ersetzt sind, werden als „Elektrid“ bezeichnet. Hier spricht man nicht mehr von Farbzentren, sondern von [[Solvatisiertes Elektron|solvatisierten Elektronen]].

Farbzentren spielten eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung der Halbleiterphysik in der Schule von [[Robert Wichard Pohl]] in Göttingen in den 1920er Jahren. Normalerweise ist die [[Bandlücke]] in [[Alkalihalogenid]]en zu hoch, um durch sichtbares Licht überwunden zu werden und die Kristalle daher farblos. Durch Defekte in Form von Farbzentren können sie aber eingefärbt werden (und von dort Elektronen mit Licht in das Leitungsband angeregt werden). Bei [[Halbleiter]]n mit kleinerer [[Bandlücke]] wie Silizium oder Germanium ist die Anregung durch Licht direkt möglich, sie sind infolgedessen undurchsichtig. 

Es gibt noch weitere Typen von Farbzentren, wie M, R, N Zentren und zugehörige Banden, bei denen mehrere Farbzentren nebeneinander liegen.<ref>zum Beispiel Udo Scherz, Grundlagen der Festkörperphysik, in Rainer Kassing (Hrsg.): Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik. Festkörper, De Gruyter 2005, S. 104</ref>

== Erzeugung ==
Farbzentren können entstehen, wenn man einen Salzkristall im Dampf des entsprechenden [[Metall]]s erhitzt, also beispielsweise Natriumchlorid im Metalldampf von [[Natrium]]. Dabei werden im Kristall positive [[Ion|Natriumionen]] durch neutrale Natriumatome ersetzt. Die dabei frei werdenden Elektronen besetzen dann [[Chlor]]id-Leerstellen und bilden Farbzentren. Die Chlorid-Leerstellen müssen nicht schon zu Beginn des Experiments vorhanden sein, sondern können auch erst während des Erhitzens entstehen. Die Leerstellen entstehen dann erst an der Oberfläche und [[Diffusion|diffundieren]] langsam ins Innere des Kristalls, was an der Verfärbung gut zu sehen ist.

Eine andere Möglichkeit, Farbzentren zu erzeugen, ist die Bestrahlung mit [[Röntgenstrahlen]]. So hat Natriumchlorid nach einem längeren Experiment der [[Röntgenbeugung]] eine grün-gelbliche Farbe, wahrscheinlich durch Entladung einiger Chloridionen.

== Literatur ==
* Charles Kittel: ''Einführung in die Festkörperphysik'', Oldenbourg, 11. Auflage 1996, ISBN 3-486-23596-6

==Einzelnachweise==
<references />
[[Kategorie:Gitterfehler]]