Квантовый кристалл. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Квантовый кристалл - кристалл, в к-ром амплитуда нулевых колебаний а₀частиц, образующих кристаллич. решётку, сравнима с межатомным расстоянием а, что приводит к заметной вероятности когерентных туннельных перемещений и перестановок частиц в осн. состоянии. Степень "квантовости" кристалла можно характеризовать по значению т. н. п а р а м е т р а д е Б у р а:

величина к-рого растёт с уменьшением массы т частиц и энергии их взаимодействия E. Наиб. значения L достигает для кристаллов ³Не (L~0,5); ⁴Не (0,4); Н₂(0,3), Ne(0,l). В обычных кристаллах частицы, образующие решётку, при низких темп-pax локализованы, их движение сводится к малым колебаниям около положений равновесия (узлов кристаллич. решётки). В К. к. большая амплитуда нулевых колебаний приводит к квантовой делокализации частиц: частицы могут совершать когерентные подбарьерные переходы (см. Туннельный эффект) на соседние узлы кристаллич. решётки и меняться местами. Вероятность туннелирования частиц w экспоненциально растёт с увеличением L: w ~ ехр (-1/L). В результате в К. к. исчезает возможность отождествления между частицами и узлами решётки и начинают проявляться эффекты квантовомеханич. тождественности частиц, в т. ч. обменное взаимодействие .Кроме того, возникают большие корреляц. эффекты, связанные с возможными когерентными перестановками большого числа частиц в осн. состоянии. Так, в твёрдом ³Не антиферромагн. упорядочение кристалла при низких темп-pax (см. Гелий твёрдый) во многом определяется 3- и 4-частичными обменными процессами (³Не - уникальный пример ядерного магнетика - электронный спин атомов ³Не равен 0; в обычных кристаллах обменное взаимодействие, как правило, является двухчастичным). Необходимость учёта сильных многочастичных корреляций усложняет расчёты параметров осн. состояния К. к. Отсутствие отождествления частиц и узлов решётки означает также, что в К. к. снимается требование равенства в осн. состоянии числа частиц и узлов решётки, т. е. в К. к. могут существовать нулевые вакансии. Равновесная концентрация вакансий в К. к. при T = 0 К может оказаться отличной от 0 (в обычных кристаллах равновесная концентрация вакансий при уменьшении Т экспоненциально '' 0). Наличие нулевых вакансий могло бы привести к сверхтекучести К. к. и к возможности бездиссипативного течения кристалла при неподвижной кристаллич. решётке. Т. к. частицы К. к. тождественны, то непосредственно наблюдать квантовую делокализацию частиц в осн. состоянии трудно. Положение меняется, если в К. к. имеются точечные дефекты (вакансии, примесные атомы, междоузельные атомы, перегибы на дислокациях и пр.). В этом случае делокализация частиц К. к. означает также и делокализацию точечных дефектов, превращающихся в своеобразные квазичастицы - дефектоны ,практически свободно двигающиеся через кристалл. Свойства дефектонов аналогичны свойствам др. квазичастиц в твёрдых телах, а ширина энергетической зоны дефектонов D~wh²/mа² (см. также Вакансион, Примесон). Зонное движение дефектовов в К. к. проявляется в квантовой диффузии и в особенностях внутреннего трения. Делокализация поверхностных дефектов К. к. обусловливает возможность распространения вдоль границы раздела фаз квантовая жидкость - К. к. кристаллизационных волн, а также существование специфич. квантового атомно-шероховатого состояния поверхности раздела. Кроме перечисленных выше кристаллов к К. к. иногда относят также растворы водорода в тяжёлых металлах. Такие кристаллы являются квантовыми по отношению к лёгким частицам и классическими по отношению к тяжёлым атомам. Кроме того, к К. к. относят гипотетич. кристаллы, состоящие не из атомов или молекул, а из электронов, экситонов и т. п. (см. Вигнеровский кристалл).

Литература по квантовым кристаллам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.