مركز F

قد يكتسب مركز الفلور أحيانًا إلكترونًا إضافيًا، مما يجعله سالب الشحنة، ويُسمى حينها مركز F− ^. وبالمثل، يُسمى مركز الفلور الذي ينقصه إلكترون مركز F ^{+ . [ 8 ]} من الممكن أيضًا وجود أنيون مشحون بشحنة -2e، يحتاج إلى إلكترونين لتكوين مركز فلور. إضافة إلكترون أو إزالته سيجعله مركز F− ^أو F ⁺ على التوالي، وفقًا للعرف.

يُعد مركز F _A نوعًا آخر من مراكز F ذات الفراغ الواحد ، ويتكون من مركز F استُبدل فيه أيون موجب مجاور بأيون موجب من نوع مختلف. تُقسم مراكز F _A إلى مجموعتين، F _A (I) و F _A (II)، وذلك تبعًا لنوع أيون الاستبدال. تتميز مراكز F _A (I) بخصائص مشابهة لمراكز F العادية، بينما تتسبب مراكز F _A (II) في تكوين بئرين كامنين في الحالة المثارة نتيجة لإعادة تموضع أيون الهاليد. ويُشابه مركز F _B مركز F _A ، ويتكون من مركز F استُبدل فيه أيونان موجبان مجاوران بأيون موجب من نوع مختلف. تُقسم مراكز F _B أيضًا إلى مجموعتين، F _B (I) و F _B (II)، وتتشابه في سلوكها مع مراكز F _A (I) و F _A (II). ونظرًا للطبيعة الإحصائية لتوزيع أيونات الشوائب، فإن مراكز F _B أقل شيوعًا بكثير من مراكز F _A. ^{[ 9 ]}

تُسمى تجمعات مراكز الفلور المتجاورة الناتجة عن فراغات الأنيونات المجاورة، بالنسبة لمركزين وثلاثة مراكز مجاورة على التوالي، بمراكز F₂ _و F₃ _. من المؤكد أن تجمعات أكبر من مراكز الفلور ممكنة، لكن تفاصيل سلوكها لا تزال غير معروفة. ^{[ 10 ]} يمكن أيضًا تأيين مركز F₂ _، وتكوين مركز F₂⁺ _. ^عندما يُوجد هذا النوع بجوار شوائب كاتيونية، يُسمى _{مركز (} ^F₂⁺ ) _A . ^{[ 9 ]}

يمكن أن تظهر مراكز F في أي مكان في البلورة، لكنها تتميز بخصائص مختلفة تمامًا إذا تشكلت على سطح بلورة أكسيد، حيث تُسمى مراكز F _s . تمتلك الإلكترونات المرتبطة في مراكز F _s طاقات انتقال أقل مقارنةً بمراكز F في الكتلة. تتصرف مراكز F السطحية في بلورات هاليدات القلويات كمركز كتلة مُشوَّه قليلاً، بانزياح أقل من -0.1 إلكترون فولت. ^{[ 11 ]} كما أنها تميل إلى البروز من السطح مقارنةً بنقاط الشبكة المنتظمة. ونظرًا لأن مراكز F أضعف ارتباطًا من الإلكترونات في مواقع الشبكة المنتظمة، فإنها تعمل كمحفز للامتزاز. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، هذا يعني أن هذه العيوب تتدهور بسرعة في الهواء الطلق عن طريق امتصاص الأكسجين، ولكن يمكن عكس ذلك بإزالة الأكسجين من البيئة. يعتمد طيف الرنين المغناطيسي الإلكتروني (ESR) لمركز F _{s على درجة الحرارة في} البنية فائقة الدقة في الأكاسيد. لا بد أن هذا ينشأ من زيادة تداخل دالة الموجة للإلكترون غير المزدوج عند نواة الأيون الموجب. يمكن تغيير مراكز F _s أو تدميرها بالتسخين. تتلاشى العيوب في بلورات هاليدات القلويات عند درجات حرارة منخفضة. وتبدأ البلورات بتغير لونها تدريجيًا عند 200 كلفن. وتتطلب إزالة مراكز F _s في الأكاسيد درجات حرارة أعلى (570 كلفن لأكسيد الكالسيوم). ومن الممكن في الأكاسيد تكوين مراكز F _s معقدة عن طريق التلدين. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

تم تكوين أول مراكز F في بلورات هاليدات القلويات. وقد تم تعريض هذه الهاليدات لإشعاع عالي الطاقة، مثل الأشعة السينية أو أشعة جاما أو ملف تسلا . ^{[ 17 ]}

توجد ثلاث آليات لامتصاص الطاقة بواسطة الإشعاع: ^{[ 4 ] : ​​209-216}

أ) تكوين الإكسيتون . يتمثل هذا في إثارة إلكترون تكافؤ في أيون هاليد. تُفقد الطاقة المكتسبة (عادةً 7 أو 8 إلكترون فولت) جزئيًا عبر انبعاث فوتون مضيء. أما الطاقة المتبقية فتُستخدم لتحريك الأيونات. تشع هذه الطاقة عبر الشبكة البلورية على شكل حرارة. مع ذلك، تبين أن هذه الطاقة منخفضة جدًا بحيث لا تكفي لتحريك الأيونات، وبالتالي فهي غير قادرة على توليد مراكز F.

ب) التأين الأحادي. يتوافق هذا مع فصل إلكترون من أيون هاليد؛ الطاقة المطلوبة تزيد بحوالي 2 إلكترون فولت عن طاقة تكوين الإكسيتون. يمكن تصور أن أيون الهاليد الذي فقد إلكترونًا لم يعد مرتبطًا بشكل صحيح بموقعه في الشبكة البلورية. من المحتمل أن يتحرك عبر الشبكة. يمكن للفراغ الناتج الآن أن يحبس الإلكترون، مكونًا مركز F. إذا استعاد أيون الهاليد الإلكترون أولًا، فإنه سيطلق طاقة حرارية أكبر مما يطلقه عند تكوين الإكسيتون (بزيادة 2 إلكترون فولت)، وقد يتسبب ذلك في تحرك أيونات أخرى أيضًا.

ج) التأين المتعدد. تتطلب هذه العملية أعلى قدر من الطاقة. يتفاعل فوتون مع أيون الهاليد، فيؤينه مرتين، تاركًا إياه موجب الشحنة. يكون الأيون المتبقي غير مستقر للغاية، وسرعان ما ينتقل إلى موقع آخر، تاركًا فراغًا يمكنه احتجاز إلكترون ليصبح مركز F. لتحرير إلكترونين، يلزم حوالي 18 إلكترون فولت (في حالة كلوريد البوتاسيوم أو كلوريد الصوديوم). تشير الأبحاث إلى حدوث تأين مزدوج واحد تقريبًا لكل عشرة تأينات أحادية. مع ذلك، فإن أيون الهاليد الموجب الناتج سيكتسب إلكترونًا بسهولة وسرعة، مما يجعله غير قادر على تكوين مركز F.

لم يتم تحديد الآلية الأكثر ترجيحاً لتكوين مركز F بعد. كلا الآليتين ممكنتان ومرجحتان، لكن أيهما يحدث أكثر من غير المعروف.

تتشابه عملية تكوين مركز F₂ _إلى حد كبير. يتأين مركز F ويصبح فراغًا؛ ينتقل الإلكترون عبر المادة ليرتبط بمركز F آخر، والذي يصبح بدوره مركز F⁻ ^. ينتقل فراغ الإلكترون عبر المادة ويستقر بجوار مركز F⁻ ^، الذي يعيد إلكترونه إلى الفراغ، مكونًا مركزين متجاورين من F، أي مركز _F₂ .

تُعدّ إضافة الألوان طريقةً أخرى لإنشاء مراكز لونية. فالبلورة التي تحتوي على مراكز F تُعادل كيميائيًا بلورةً مثاليةً مضافًا إليها فائضٌ ستويكيومتري من الفلز القلوي. ^{[ 18 ]} ويتم ذلك بتسخين البلورة إلى درجة حرارة عالية في بخار الفلز المناسب. وتُحدَّد درجة الحرارة بنقطة انصهار الفلز ودرجة الحرارة التي تتكوّن عندها الغرويات، على سبيل المثال، بالنسبة لكلوريد البوتاسيوم (KCl) بين 400 و768 درجة مئوية تقريبًا. تُحتجز ذرات الفلز على سطح البلورة، حيث تتأين، وينتقل إلكترون التكافؤ إلى الشبكة البلورية. ولأن هذه العملية تحدث عند درجات حرارة عالية، فإن حركة الأيونات تكون عالية أيضًا. يتحرك الأيون السالب نحو الأيون المتكوّن حديثًا، تاركًا وراءه فراغًا أنيونيًا يمكنه احتجاز الإلكترون لتكوين مركز F. بعد ذلك، تُبرَّد البلورة فجأةً لمنع مراكز F من التحرك عبرها لتكوين الغرويات . ومن الأمثلة على هذه العملية تسخين كلوريد الصوديوم (NaCl) في جو من الصوديوم المعدني .

Na⁰ ^→ Na⁺ ⁺ e⁻ ^يُدمج Na⁺ في بلورة كلوريد الصوديوم ^{( NaCl )} بعد فقدانه إلكترونًا. يتولد فراغ Cl⁻ لموازنة فائض Na⁺ ^. تعمل الشحنة الموجبة الفعالة لفراغ Cl⁻ ^على احتجاز الإلكترون المنطلق من ذرة الصوديوم.

في الأكاسيد، من الممكن تلوين البلورة بشكل إضافي بمعدن مختلف عن الكاتيون. وتكون أطياف الامتصاص الناتجة متطابقة إلى حد كبير كما لو تم استخدام المعدن المكون. ^{[ 16 ]}

من الممكن إنشاء مراكز F _s مستقرة على بلورات هاليدات القلويات باستخدام الترسيب بالبخار في درجات حرارة منخفضة، أقل من -200  درجة مئوية. ^{[ 15 ]}