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Interaction of Point Defects in Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

J. H. Bilgram
Affiliation:
Laboratorium für Festkörperphysik, Eidg. Technische Hochschule Zurich, CH-8049 Zürich, Switzerland
H. Gränicher
Affiliation:
Laboratorium für Festkörperphysik, Eidg. Technische Hochschule Zurich, CH-8049 Zürich, Switzerland
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Abstract

The interaction of point detects in ice has been neglected for a long time. Experimental data obtained from dielectric measurements on HF-doped crystals stimulated a new evaluation of the possibility of an interaction between Bjerrum defects and ions. In a previous paper it has been shown that this leads us to assume the existence of aggregates of Bjerrum defects and ions. In this paper these aggregates and Bjerrum defects are used to explain the dielectric properties of ice, especially the temperature dependence of the product of the high and low frequency conductivity σ 0 σ .

The interaction of Bjerrum defects and impurity molecules leads to a dependence of the concentration of frenkel pairs on Bjerrum-defect concentration. At HF concentrations above the native Bjerrum-defect concentration the formation of a Frenkel pair is enhanced. This leads to the fast out-diffusion which has been studied in highly doped crystals by means of NMR techniques.

Résumé

Résumé

L’interaction entre défauts ponctuels dans la glace a été négligée depuis longtemps. Des données expérimentales obtenues à partir de mesures diélectriques de cristaux dopés par HF favorisent l’idée d’une interaction possible entre défauts de Bjerrum et ions. Cela conduit à supposer l’existence d’aggrégats de défauts de Bjerrum et d’ions. Ces aggrégats et les défauts de Bjerrum sont utilisés pour expliquer les propriétés diélectriques de la glace.

L’interaction des défauts de Bjerrum et des molécules d’impuretés conduit à une dépendance de la concentration en paires de Frenkel avec celle en défaut de Bjerrum. Des concentrations en HF supérieures à celles des défauts de Bjerrum à l’équilibre augmente la formation de pairs de Frenkel. Cela conduit à la diffusion rapide qui a été étudiée dans le cas de cristaux fortement dopés, par des techniques de RMN.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Wechselwirkung zwischen Punktfehlern in Eis wurde lange Zeit vernachlässigt. Angeregt dutch experimentelle Ergebnisse von dielektrischen Messungen an HF–dotierten Kristallen wurde die Möglichkeit von Wechselwirkungen zwischen Bjerrum-fehlern und Ionen untersucht. Das führte in einer früheren Veröffentlichung zur Annahme, dass Aggregate aus Bjerrumfehlern und Ionen existieren. Diese Aggregate und Bjerrumfehler werden nun benutzt, um die dielektrischen Eigenschaften von Eis zu erklären, insbesondere die Temperaturabhängigkeit des Produktes der Hoch- und Niederfrequenzleitfähigkeit σ 0 σ .

Die Wechselwirkung von Bjerrumfehlern und Fremdmolekülen führt zu einer Konzentrationsabhängigkeit der Frenkelpaare von den Bjerrumfehlern. Bei HF-Konzentrationen oberhalb der Bjerrumfehler-konzentration im reinen Eis wird die Bildung von Frenkelpaaren verstärkt. Das führt zu der schnellen Ausdiffusion, die mit Hilfe von NMR untersucht wurde.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978