Тангенциальное ускорение, то же, что касательное ускорение. См. Ускорение. Тандем - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Траектория. Путь и перемещение. Скорость и ускорение. Угловая скорость... 1 27.11kb.
1. При прямолинейном движении зависимость пройденного телом пути... 1 27.24kb.
Лабораторная работа по предмету „Химическая техника Oпределение коеффициента... 1 100.74kb.
Урок игра Цель: способствовать усвоению понятий система отсчета,... 1 96.11kb.
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальной дисциплине. 1 156.42kb.
Вариант 1 Определить силу тяжести тела массой 8 т 20 кг. На какую... 1 24.28kb.
Закон всемирного тяготения. Ускорение свободного падения на Земле... 1 128.08kb.
Задача точка движется согласно уравнениям X = 5 + 4t 2, y = 4 + 5t... 1 54.81kb.
Программа вступительных экзаменов по физике механика кинематика. 1 55.42kb.
Ускорение электронов в радиационных поясах косыми вистлерными волнами... 1 10.23kb.
Введение. Основы кинематики 1 91.94kb.
Примеры методик и моделей классификации и идентификации объектов... 5 929.19kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Тангенциальное ускорение, то же, что касательное ускорение. См. Ускорение. Тандем - страница №1/9

Т


ТАНГЕНЦИАЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ, то же, что касательное ускорение. См. Ускорение.

ТАНДЕМ, то же, что перезарядный ускоритель.

ТАУНСЕНДОВСКИЙ РАЗРЯД, то же, что тёмный разряд.

ТВЁРДОЕ ТЕЛО, агрегатное состояние в-ва, характеризующееся стабильно­стью формы и хар-ром теплового дви­жения атомов, к-рые совершают ма­лые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморф­ные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств. периодичностью в расположении равновесных положе­ний атомов (см. Дальний и ближний порядок). В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически рас­положенных точек. Устойчивым со­стоянием (с миним. внутр. энергией) Т. т. является кристаллическое. С тер­модинамич. точки зрения аморфное тело находится в метастабильном со­стоянии и с течением времени должно закристаллизоваться (см. Аморфное состояние). Все в-ва в природе (за исключением гелия жидкого) затвер­девают при атм. давлении и темп-ре Т>0 К.

Исследования св-в Т. т. объедини­лись в большую область — физику Т. т., развитие к-рой стимулируется потребностями техники. Ок. поло­вины физиков мира работают в об­ласти физики Т. т., почти половина всех науч. физ. публикаций относится к исследованию Т. т. Физика Т. т.— источник новых материалов, новые физ. идеи, рождающиеся в физике Т. т., проникают в ядерную физику, астрофизику, биофизику и др. об­ласти науки.

Св-ва Т. т. можно объяснить, исходя из знания его атомно-мол. строения и законов движения его атомных (атомы, ионы, молекулы), а также субатомных, (эл-ны, ат. ядра) ч-ц

734

Накопление и систематизация данных о макроскопич. св-вах Т. т. (метал­лов, минералов и др.) началось с 17 в. Был установлен ряд эмпирич. за­конов, описывающих воздействие на Т. т. механич. сил, света, электрич. и магн. полей и т. д. Были открыты Гука закон (1660), Дюлонга и Пти закон (1819), Ома закон (1826), Видемана Франца закон (1853) и др. В 1-й пол. 19 в. были созданы осн. концепции упругости теории, для к-рой характерно представление о Т. т. как о сплошной среде.

Представление о кристалле как со­вокупности атомов, упорядоченно рас­положенных в пр-ве и удерживаемых около положения равновесия силами вз-ствия, было в окончат. виде сфор­мулировано франц. учёным О. Браве в 1848. Однако развитие этой идеи восходит ещё к работе Ньютона (1686), в к-рой рассчитана скорость звука в цепочке упруго связанных ч-ц, и продолжалось Бернулли (1727), Коши (1830) и др. В 1890—91 Е. С. Фёдо­ров доказал возможность существо­вания 230 пространств. групп симметрии кристаллов — 230 вариантов упорядоченного расположения ч-ц в Т. т.

В 1912 нем. физики М. фон Лауэ, П. Книппинг и В. Фридрих открыли дифракцию рентг. лучей на кристал­лах, окончательно утвердив пред­ставление о Т. т. как упорядоченной дискретной структуре. В 1913 англ. учёный У. Л. Брэгг и Г. В. Вульф установили соотношение, связываю­щее период крист. решётки, длину волны рентг. излучения и направ­ления дифракц. максимумов (см. Брэг­га Вульфа условие). На основе этого были разработаны методы эксперим. определения расположения атомов в кристаллах и измерения межат. рас­стояний, что положило начало рент­геновскому структурному анализу и др. дифракц. методам исследования атомно-крист. структуры Т. т. В 1927 амер. физики К. Дж. Дэвиссон и Л. X . Джермер наблюдали дифракцию эл-нов на кристалле (см. Электроно­графия). В дальнейшем была обна­ружена дифракция нейтронов на кри­сталле (см. Нейтронография).

Атомы в твёрдом теле. Межатомные связи. Структурными единицами Т. т. служат атомы, молекулы или ионы. Крист. структура Т. т. зависит от сил, действующих между ат. ч-цами. Одни и те же ат. ч-цы могут образо­вывать разл. структуры — серое и белое олово, графит и алмаз и т. д. (см. Полиморфизм).

Изменяя расстояние между ато­мами с помощью внеш. давления, можно существенно изменить крист. структуру и св-ва Т. т. Обнаружено большое число разл. крист. модифи­каций, образующихся при высоких давлениях. Многие ПП под давлением переходят в металлич. состояние (S при 120 000 атм становится метал­лом). Когда благодаря внеш. давлению объём, приходящийся на 1 атом, становится меньше обычного ат. раз­мера, атомы теряют свою индивиду­альность и в-во превращается в сильно сжатую электронно-ядерную плазму. Исследование такого состояния в-ва важно, в частности, для понимания структуры звёзд.

Изменение структуры и св-в Т. т. (фазовые переходы) происходит также при изменении темп-ры, под дейст­вием магн. полей и др. внеш. воз­действий.

По типам связи Т. т. делят на пять классов, каждый из к-рых характе­ризуется своеобразным пространств. распределением эл-нов. 1) В ионных кристаллах (NaCl, KCl и др.) осн. силы притяжения, действующие меж­ду ионами,— электростатические. 2) В кристаллах с ковалентной связью (алмаз, Ge, Si) валентные эл-ны со­седних атомов обобществлены. Кри­сталл представляет собой как бы ог­ромную молекулу. 3) У большинства металлов энергию связи обусловли­вает коллективное вз-ствие подвиж­ных эл-нов с ионным остовом (ме­таллич. связь). У нек-рых металлов (напр., у переходных) важна также ковалентная связь, осуществляемая эл-нами незаполненных внутр. обо­лочек. 4) В мол. кристаллах моле­кулы связаны слабыми электроста­тич. силами (ван-дер-ваальсовы силы), обусловленными динамич. поляриза­цией молекул (см. Межмолекулярное взаимодействие). 5) В кристаллах с водородными связями каждый атом водорода связан силами притяжения одновременно с двумя др. атомами. Водородная связь вместе с электро­статич. притяжением дипольных мо­ментов молекул воды определяет св-ва воды и льда. Классификация по типам связи условна, во многих в-вах на­блюдается комбинация разл. типов связи (см. Кристаллохимия).

Хотя силы, действующие между ат. ч-цами в Т. т. весьма разнооб­разны, их источником служит элект­ростатич. притяжение и отталкива­ние. Образование из атомов и молекул устойчивых Т. т. показывает, что силы притяжения на расстояниях .~10-8 см уравновешиваются силами отталкивания (они имеют квантовомеханич. природу и быстро спадают с расстоянием). В ряде случаев можно рассматривать ат. ч-цы как тв. шары и характеризовать их атомными ра­диусами. Знание сил вз-ствия по­зволяет получить уравнение состояния Т. т.

Все Т. т. при достаточно высокой темп-ре плавятся или возгоняются, исключение составляет твёрдый гелий, к-рый (под давлением) плавится при понижении темп-ры. Подводимая к телу в процессе плавления теплота тратится на разрыв межат. связей. Темп-ра плавления Тпл у Т. т. разной природы различна (у мол. водорода -259,1 °С, у вольфрама 3410±20° С, у графита более 4000 °С).



Механические свойства. Роль де­фектов кристаллической структуры.

Механич. св-ва Т. т. определяются силами связи, действующими между его структурными ч-цами. Многооб­разие этих сил приводит к разнооб­разию механич. св-в: одни Т. т. пла­стичны, другие — хрупки. Обычно ме­таллы более пластичны, чем диэлект­рики. С повышением темп-ры пластич­ность обычно увеличивается. При не­больших нагрузках у всех Т. т. на­блюдается упругая деформация. Проч­ность кристалла не соответствует си­лам связи между атомами. В 1922 А. Ф. Иоффе объяснил низкую проч­ность, наблюдаемую у реальных кри­сталлов, влиянием макроскопич. де­фектов (трещин, надрезов) на их по­верхности (эффект Иоффе). В 1933 Дж. Тейлор, Э. Орован (США) и М. Поляни (Великобритания) сфор­мулировали понятие о дислокациях. Оказалось, что при больших механич. нагрузках реакция кристалла зави­сит от отсутствия или наличия дис­локаций и др. линейных дефектов крист. решётки. Именно дислокации в большинстве случаев определяют пластичность Т. т. Механич. св-ва Т. т. зависят от его обработки, вносящей или устраняющей дефекты. В 1926 Я. И. Френкель обратил внимание на наличие в реальном кристалле то­чечных дефектов решётки (вакансий и междоузлий) и указал на их роль в процессах диффузии в Т. т.

Динамика кристаллической решётки. Колебат. характер движения атомов и ионов Т. т. сохраняется вплоть до темп-ры плавления Тпл. Даже при Т=Тпл ср. амплитуда колебаний ато­мов значительно меньше межат. рас­стояний, а плавление обусловлено тем, что термодинамич. потенциал жид­кости при Т>Тпл меньше термодинамич. потенциала Т. т.

Динамич. теория крист. решёток была разработана в нач. 20 в. Она учи­тывает квант. представления. В 1907 А. Эйнштейн с помощью модели кри­сталла как совокупности квант. гар­монич. осцилляторов одинаковой ча­стоты объяснил наблюдаемое падение теплоёмкости Т. т. при понижении темп-ры. Этот факт находился в про­тиворечии с законом Дюлонга и Пти. Более совершенная динамич. теория крист. решётки как совокупности свя­занных квант. осцилляторов разл. частот была построена голл. физиком П. Дебаем (1912), затем нем. физиком М. Борном и Т. Карманом (1913, США), а также австр. физиком Э. Шрёдингером (1914) в форме, близкой к со­временной. Квант. колебат. движения атомов, составляющих крист. решёт­ку, привело к понятию фонона (И. Е. Тамм, 1929) и позволило описывать тепловые свойства Т. т. как свой­ства газа квазичастиц — фононов (см. ниже).

735

Динамич. теория крист. решётки позволяет объяснить упругие св-ва Т. т., связав значения статич. модулей упругости с силовыми константами. Тепловые св-ва: температурный ход теплоёмкости (см. Дебая закон теп­лоёмкости), коэфф. теплового расши­рения (Грюнайзена закон) и тепло­проводности — объясняются как ре­зультат изменения с темп-рой числа фононов и длины их свободного про­бега. Оптич. св-ва, в частности по­глощение фотонов ИК излучения, объ­ясняются резонансным возбуждением оптич. ветви колебаний крист. ре­шётки.



Электроны в Т. т. Сразу же после открытия электрона начала разви­ваться электронная теория Т. т., и прежде всего металлов. Нем. физик П. Друде (1900) предположил, что в металлах валентные эл-ны не связаны с атомами, а образуют газ свободных эл-нов, заполняющих крист. решётку, к-рый, подобно обычному разреж. газу, подчиняется Больцмана распре­делению. Эта модель была развита голл. физиком X. А. Лоренцем (1904 — 1905). Внеш. электрич. поле создаёт направл. движение эл-нов, т. е. элект­рич. ток. Электрич. сопротивление металлов объяснялось столкновением эл-нов с ионами решётки, хотя для объяснения большой электропровод­ности металлов пришлось ввести в теорию длину свободного пробега, значительно превышающую ср. рас­стояние между атомами. Теория Дру­де — Лоренца позволила объяснить закон Видемана — Франца и оптич. св-ва металлов, в т. ч. скин-эффект, но предсказываемый теорией вклад эл-нов в теплоёмкость металла резко расходился с опытом (в неск. раз).

Применение методов квант. меха­ники и квант. статистики (распре­деления Ферми Дира­ка) к описанию электронного газа в металлах (1927—28, нем. физик А. Зоммерфельд; Я. И. Френкель) создало основу для развития квант. теории кинетич. явлений в Т. т. (элект­ро- и теплопроводности, еальваномагнитных явлений и др.). Согласно этой теории, электронный газ в металле сильно вырожден (см. Вырожденный газ). При Т=0К все уровни энергии эл-нов в металле заполнены до нек-ро­го макс. уровня (Ферми энергия), к-рый с повышением темп-ры лишь незначительно размывается. Это по­зволило Зоммерфельду (1927) объяс­нить малый вклад эл-нов в теплоём­кость металлов. Электронная часть теплоёмкости, однако,— вполне на­блюдаемая величина, т. к. при Т 0 она пропорц. Т, а решёточная часть теплоёмкости пропорц. Т3.

Квантовомеханич. рассмотрение влияния периодич. поля крист. ре­шётки на движение эл-нов (амер. физик Ф. Блох, франц. физик Л. Бриллюэн, 1928—34) объяснило движение эл-на в кристалле и привело к со­зданию зонной теории — основы современной электронной теории Т. т.



Рис. 1. Образование энергетич. зон в крис­талле из ат. электронных уровней.



Рис. 2. Возможные значения энергии эл-нов в кристалле. Ниж. дискретные уровни соответствуют эл-нам внутренних ат. оболочек.
Т. к. атомы в Т. т. находятся на расстояниях порядка размеров са­мих атомов, то валентные эл-ны теряют связь с определ. атомом и движутся по всему кристаллу, дискретные ат. уровни энергии в Т. т. расширяются в полосы — энергетич. зоны (рис. 1). Зоны разрешённых энергий могут быть отделены друг от друга зонами запрещённых энергий, но могут и перекрываться. Если перекрытие элек­тронных оболочек атомов невелико и переходы эл-нов между ними про­исходят сравнительно редко, то каж­дая разрешённая зона (рис. 2) воз­никает из какого-то определ. ат. уровня, причём ширины разрешённых зон малы по сравнению с расстояния­ми между ат. уровнями (приближение сильной связи). Чем сильнее пере­крытие электронных оболочек сосед­них атомов и чаще переходы эл-нов от атома к атому, тем шире разрешён­ные зоны. В этих случаях разрешён­ные зоны уже нельзя связать с определ. ат. состояниями: сами эти состояния сильно изменены межат. вз-ствием.

Состояние эл-на в пределах каждой зоны характеризуется его квазиимпульсом р, принимающим любые действит. значения. Энергия ξ элект­ронного состояния — непрерывная пе­риодич. функция квазиимпульса: ξ=ξl,где l — номер зоны. Набор функций ξ(р) — фундам. хар-ка электронных состояний в данном кри­сталле: с помощью функций ξl(p) выражаются осн. динамич. хар-ки эл-нов (см. Зонная теория). Периодич­ность ξl(p) позволяет выделить ячей­ку в пр-ве квазиимпульсов (p-пространстве), содержащую квазиимпуль­сы, описывающие физически неэквива­лентные состояния. Её наз. первой зоной Бриллюэна. Размер и форма первой зоны Брил­люэна определяются симметрией кристалла и межат. расстояниями



d(pмакс~ћ/d).

При Т=0 эл-ны Т. :т. заполняют наинизшие уровни энергии. В силу Паули принципа в каждом состоянии с одной из двух возможных ориен­тации спина может находиться только один эл-н.

В 1931 англ. физик А. Вильсон указал на то, что существование Т. т. с различными электрич. св-вами связано с хар-ром заполнения эл-нами энергетич. зон при T=0К. Если все зоны либо целиком заполнены эл-нами, либо пусты, то такие тела не проводят электрич. ток, т. е. являются диэлект­риками (рис. 3, а). Т. т., имеющие зоны, частично заполненные эл-на­ми,— металлы (рис. 3, б). Полупро­водники отличаются от диэлектриков малой шириной запрещённой зоны между последней заполненной (ва­лентной) зоной и первой пустой зо­ной (зоной проводимости, рис. 3, в).



Рис. 3. Разрешённые и запрещённые зоны: а — диэлектрика; б — металла; в, г, д, е — полупроводников с разными типами прово­димости (в — собственной, г — примесной n-типа, д —примесной р-типа, е — смешан­ной); чёрные точки — эл-ны; кружочки — дырки.
Наличие дефектов и примесей в кри­сталле приводит к возникновению дополнит. (примесных) энергетических уровней в запрещённой зоне. У при­месных ПП эти уровни расположены очень близко либо от валентной зоны (рис. 3, г), либо от зоны проводи­мости (рис. 3, д). Т. т. с аномально малым перекрытием валентной зоны и зоны проводимости наз. полуметал­лами (напр., у Bi ширина перекрытия ~10-5 ширины зоны). Существуют также бесщелевые полупроводники, у к-рых зона проводимости примыкает к валентной: Уровень Ферми у ме­таллов расположен в разрешённой зоне. Ему соответствует изоэнергетич. Ферми поверхность, выделяющая об­ласть заполненных электронных со­стояний в р-пространстве. У ПП уро­вень Ферми расположен в запрещённой

736


зоне. У бесщелевых ПП он совпадает с границей, отделяющей валентную зону от зоны проводимости. Возбуж­дение эл-на в зону проводимости сопровождается образованием свобод­ного места — дырки в валентной зоне. Эл-ны проводимости и дырки явл. носителями заряда в ПП.

В аморфных телах строго запрещён­ных энергетич. зон, по-видимому, нет, но есть квазизапрещённые области, где плотность состояний значительно меньше, чем в разрешённых зонах. Существование в аморфных телах ана­лога зонной структуры объясняет их деление на металлы (см. Металли­ческие стёкла), диэлектрики и ПП в зависимости от того, где (в разре­шённой или квазизапрещённой зонах) расположен уровень Ферми. Наиболее детально изучены аморфные полупро­водники.

Магнитные свойства. При достаточ­но высоких темп-рах все Т. т. диамаг­нитны либо парамагнитны. В первом случае вектор намагниченности M=H, направленный против магн. поля Н,— результат общей прецессии всех эл-нов Т. т. в магн. поле (см. Лармора прецессия, Диамагнетизм). Диамагн. восприимчивость атомов  пропорц. среднему квадрату расстоя­ния эл-нов от ядра. Эл-ны проводи­мости благодаря квантованию их дви­жения в плоскости, перпендикуляр­ной Н, также вносят вклад в , при­чём у металлов он того же порядка, что магн. восприимчивость ионного остова (Ландау диамагнетизм).

Парамагнетизм - - следствие ори­ентации магн. моментов атомов и эл-нов проводимости в магн. поле. При высоких темп-рах парамагн. вос­приимчивость убывает обратно про­порц. темп-ре (Кюри закон). Непе­реходные металлы составляют исклю­чение. Их парамагн. восприимчивость аномально мала и слабо зависит от темп-ры, что связано с вырождением электронного газа. Наличие магн. моментов у атомов, ионов и эл-нов проводимости и связанное с этим рас­щепление электронных уровней энер­гии в магн. поле приводит к элект­ронному парамагнитному резонансу (ЭПР). Структура магн. уровней очень чувствительна к тому, в каком окру­жении находится ч-ца. Поэтому ЭПР — важнейший источник сведений о расположении атомов в элементар­ной ячейке кристалла, хим. связи, дефектах и т. п.

При понижении темп-ры нек-рые парамагнетики (диэлектрики и пере­ходные металлы) при темп-ре Тс (в точке Кюри) переходят либо в ферро-, либо в антиферромагн. состояния, для к-рых характерна упорядоч. ориен­тация магн. моментов атомов в от­сутствии внеш. поля Н. Непереход­ные металлы, как правило, остаются парамагнитными вплоть до Т=0. Си­лы, упорядочивающие ориентацию магн. моментов, имеют квант. проис­хождение, хотя обусловлены электростатич. вз-ствием между атомарными эл-нами (см: Магнетизм, Ферромаг­нетизм, Антиферромагнетизм, Обмен­ное взаимодействие).

Квантовые представления в физике Т. т. Физика Т. т. в совр. её понимании как квант. физика конденсированных систем, состоящих из огромного числа ч-ц (~1022 в 1 см3), начала формиро­ваться в нач. 20 в. Квант. теория кристаллов разработана подробно, квант. теория аморфных тел слабее.

Одним из осн. результатов квант. подхода к исследованию св-в крист. Т. т. явилась концепция квазичастиц. Энергию возбуждённого состояния кристалла вблизи осн. состояния мож­но представить в виде суммы энергий отд. квазичастиц. Это позволяет вве­сти понятие «газа» квазичастиц и для исследования тепловых, магнит­ных и др. св-в Т. т. использовать методы кинетич. теории газов. Мак­роскопич. хар-ки Т. т. при этом вы­ражаются через хар-ки квазичастиц (длину пробега, скорость и др.). Ква­зичастицы существуют не в свободном пр-ве (как ч-цы в реальных газах), а в крист. решётке, структура к-рой отражается в св-вах квазичастиц. Вве­сти наглядные понятия, аналогичные квазичастицам, для описания воз­буждённых состояний аморфных тел не удаётся.

Можно сформулировать неск. ха­рактерных черт Т. т. как физ. объ­ектов, . состоящих из макроскопич. числа ч-ц.

1) Атомы, молекулы и ионы явл. структурными единицами Т. т. Это означает, что энергия вз-ствия между ними мала по сравнению с энергией, к-рую надо затратить на разрушение самой структурной ч-цы. В то же время энергия вз-ствия между ч-цами не мала по сравнению с энергией их теплового движения, т. е. Т. т.— система сильно взаимодействующих ч-ц.

2) Согласно классич. законам, сред­няя энергия теплового движения ч-ц ~kT. При высоких темп-рах тепловая энергия Т. т. ξ3NkT (N — число ч-ц). Уменьшение энергии Т. т. с понижением его темп-ры Т идёт быст­рее, чем предусматривает классич. физика. Это объясняется тем, что дискретный (квантовый) хар-р энер­гетич. спектра Т. т. приводит к «вы­мораживанию» движений при Т 0 К. Чем больше разность энергий между уровнями, тем при более вы­сокой темп-ре «вымерзает» соответ­ствующее движение. Из-за этого разл. движения в Т. т. существенны при разл. темп-рах.

3) Разнообразие сил. действующих между ч-цами, составляющими Т. т., приводит к тому, что в кристаллах при определ. условиях могут проявляться св-ва газов, жидкостей и плазмы. Напр., металл можно рассматривать как ионный остов, погружённый в электронную жидкость; ферромагне­тик при Т>>Тc ведёт себя как газ магн.

стрелок (магн. восприимчивость тв. парамагнетика имеет ту же темпера­турную зависимость, что и газооб­разного); под воздействием эл.-магн. поля высокой частоты электронный газ металлов и ПП ведёт себя как плазма (см. Плазма твёрдых тел).

4) Движения ат. ч-ц Т. т. разнооб­разны, и это разнообразие прояв­ляется в разнообразии его св-в. Важ­ную роль играет различие масс ат. ч-ц. Т. к. ионы в тысячи раз тяжелев эл-нов, скорость движения ионов в Т. т. мала по сравнению со скоростью эл-нов. В нек-ром приближении (наз. адиабатическим), рассмат­ривая движение эл-нов, ионы можно считать неподвижными, а движение ионов определять усреднёнными (по быстрому движению) хар-ками эл-нов.

5) Все движения ат. ч-ц в Т. т. можно разбить на четыре типа. а) Диф­фузия собственных или чужерод­ных атомов. В процессе колебания кинетич. энергия ч-цы в результате флуктуации может превысить глубину потенц. ямы, в к-рой она движется,— ч-ца способна «оторваться» от своего положения равновесия. Обычно веро­ятность W такого процесса при ком­натной темп-ре крайне мала и возра­стает с темп-рой: W=v0e-U/k, где v0~1012—1013 с-1. Величина U по­рядка энергии связи, в расчёте на одну ч-цу. Время «оседлой» жизни атома значительно больше, чем время его перемещения,— атом совершает редкие случайные скачки. Коэфф. диффузии пропорц. W. Он возрастает вблизи Tпл и зависит от состояния крист. решётки; пластич. деформация «разрыхляет» кристалл, снижает по­тенц. барьеры, разделяющие равно­весные положения атомов, и увеличи­вает вероятность их «перескоков». Диффузия — редкий пример классич. движения атомов в Т. т.

6) В исключит. случаях, напр. в твёрдом Не (под давлением), воз­можно туннельное «просачивание» ато­мов из одного положения равновесия в другое (см. Туннельный эффект). Этот процесс, наз. квантовой диффузией, приводит к тому, что коэфф. диффузии отличен от О при Т=0К. Возможность туннелирования превращает примесные атомы и вакансии в своеобразные квазича­стицы (примесоны, вакансионы), определяющие св-ва таких т. н. квантовых кристаллов.

в) В Т. т. есть коллективные дви­жения ч-ц ат. масштаба, напр. коле­бания крист. решётки. Простейшее движение — волна с определ. волн. вектором и соответствующей ему ча­стотой. При высоких темп-рах ср. энергия колебания ~kT, а при низ­ких kT (см. Планка закон излу­чения). Пример коллективного дви­жения ат. масштаба другой приро­ды — электронное возбуждение атома

737


(напр., при поглощении эл.-магн. кванта или при повышении темп-ры). Оно не локализуется на определ. узле крист. решётки, а перемещается от узла к узлу (экситон Френкеля). Энергия такого движения порядка энергии возбуждения отд. атома.

Коллективные движения ат. мас­штаба имеют дискретную структуру. Напр., энергия колебания атомов с ча­стотой  может быть равна ћ, 2ћ, Зћ и т. д. Это позволяет каждому движению сопоставить квазичастицу. Квазичастицы, описывающие колеба­ния атомов,— фононы. В ферро- и антиферромагнетиках вблизи T=0К нарушение магн. порядка в виде волн распространяется по кристаллу (спи­новые волны). Соответствующая ква­зичастица наз. магноном.

Разл. типы движения ч-ц Т. т. обычно почти независимы, но иногда имеет место резонансное вз-ствие меж­ду разнородными волн. процессами, когда их частоты и длины волн сов­падают. Это приводит к «перепутыванию» движений; напр., колебания атомов (звук) можно возбудить «рас­качивая» магн. моменты атомов перем. магн. полем, а звук. волна может самопроизвольно превратиться в спи­новую (см. Магнитоупругие волны). Как и ч-цы, все квазичастицы делятся на бозоны и фермионы. Фермионы — эл-ны и дырки в ПП и эл-ны прово­димости в металлах.

г) При низких темп-рах (вблизи T=0 К) многие металлы переходят в сверхпроводящее состояние (см. Сверх­проводимость). Эл-ны в сверхпровод­никах совершают движение, кван­товое по своей природе, но макроско­пич. по масштабу. Характерная черта такого движения — строгая согласо­ванность в движении отд. эл-нов. Она обусловлена вз-ствием между эл-нами через фононы: эл-ны притягиваются друг к другу, обмениваясь фононами, и создают своеобразный конденсат. Выход из конденсата требует затраты нек-рой энергии (преодоление энер­гетич. щели). Существование энер­гетич. щели делает сверхпроводящее движение устойчивым, т. е. незатуха­ющим. Переход в сверхпроводящее состояние проявляется в полной по­тере сопротивления и в аномальных магн. св-вах.

6) Для описания разл. явлений и св-в Т. т. используют представление о квант. газах квазичастиц. Напр., тепловое движение атомов крист. ре­шётки описывается с помощью газа фононов, электропроводность — с по­мощью газа эл-нов проводимости и дырок. Электрич. сопротивление ме­таллов и ПП обусловлено рассеянием эл-нов проводимости и дырок на фо­нонах и дефектах решётки. Все ква­зичастицы (прежде всего фононы) пе­реносят теплоту, причём, согласно кинетич. теории газов, вклад каждого из газов квазичастиц в теплопро­водность можно записать в виде: =Cl, где  — численный множи­тель, С, и l— теплоёмкость, ср. тепловая скорость и длина свободного пробега квазичастиц (l — мера рас­сеяния квазичастиц). Магноны про­являют себя в магн. и тепловых св-вах магнетиков, температурная зависи­мость намагниченности ферромагне­тиков и магн. восприимчивости ан­тиферромагнетиков при T<Тc — ре­зультат «вымерзания» спиновых волн с понижением темп-ры. Для понимания нек-рых особенностей поглощения све­та в ПП и диэлектриках используют представление об экситонах Ванье — Мотта.

7) При определ. темп-ре все степени свободы ат. ч-ц в Т. т. в большинстве случаев можно разделить на две группы. Для одних энергия их вз-ствия Uвз мала по сравнению с Т, для дру­гих велика. Если Uвз<то соот­ветствующие степени свободы ведут себя как совокупность ч-ц газа, а если Uвх>>kT, то соответствующие степени свободы упорядочиваются, а их движение может быть описано системой квазичастиц, слабо взаимо­действующих друг с другом. Т. о., в обоих предельных случаях спра­ведливо «газовое приближение» (яр­кий пример — магн. моменты ато­мов: при Т>>Тc — газ магн. стрелок, закреплённых в узлах крист. решётки, при Т<<Тc — газ магнонов). Вблизи фазового перехода второго рода «га­зовое приближение» неприменимо. Т. т. ведёт себя как система сильно взаи­модействующих ч-ц или квазичастиц: движение ат. ч-ц Т. т. скоррелировано. Корреляция носит особый (не силовой) характер: вероятность кол­лективных движений столь же велика, сколь и индивидуальных. Это про­является в росте флуктуации и в ано­малиях теплоёмкости, магн. воспри­имчивости и др. В результате раз­нообразия движений, присущих ч-цам Т. т., температурная зависимость боль­шинства хар-к Т. т. очень сложна и дополнительно осложняется фазовыми переходами, к-рые сопровождаются резкими изменениями мн. величин (напр., теплоёмкости).



следующая страница >>



Бо́льшая часть людей предпочла бы зарабатывать деньги честным путем, если бы это не занимало столько времени.
ещё >>