Мезоскопика. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Мезоскопика - совокупность явлений, наблюдающихся в телах конечных размеров, содержащих микроскопия, неоднородности, связанных с неусредненностью свойств тел по разл. реализациям случайных неоднородностей. Проявляется в том, что у тел, обладающих одинаковыми геом. размерами, концентрацией примесей, температурой и др. макроскопич. параметрами, ряд свойств различен. Напр., отличие сопротивления R конкретного образца от значения R, полученного усреднением по множеству одинаковых образцов, но с индивидуальным для каждого образца пространственным расположением неоднородностей. Это отличие наз. мезоскопич. флуктуацией

.В образцах большого объёма V мезоскопич. флуктуации малы:

, и для не слишком больших

имеет место Гаусса распределение .При уменьшении размеров тела L флуктуации возрастают, пока

, где

- межатомное расстояние, a L_cопределяет размер области больших мезоскопич. флуктуации. При

величина

не зависит от L и функция распределения

(в общем случае) отличается от гауссовской [1].

Мезоскопич. явления примечательны тем, что благодаря им тело конечного размера обнаруживает свойства, не проявляющиеся в ср. характеристиках. Так, макроскопически изотропное (и негиротропное) тело в результате включения в него случайных неоднородностей теряет и изотропию, и центр инверсии. В результате мезоскопич. флуктуации в таком теле возможны фотогальванический эффект ,генерация чётных гармоник, анизотропия сопротивления и т. п.

Изменяя внеш. условия (магн. и электрич. поля, давление и т. д.), можно изменять и

. При этом зависимость, напр., от магн. поля H ср. сопротивления

одинакова для всех макроскопически одинаковых образцов (см. Магнетосопротивление), а зависимость

отражает индивидуальность образца. В ряде случаев масштаб H, на к-ром изменяется

, значительно меньше, чем для

. При этом зависимость

R(H)имеет вид нерегулярных осцилляции на фоне гладкой кривой (рис.).

Нерегулярные осцилляции воспроизводимы и не зависят от предыстории (от того, как изменялось H, прежде чем оно достигло данного значения). При этом ср. значение

по возможным реализациям совпадает со средним по полю

(см. Эргодическая теория:)

Производная

даже в условиях, когда

может полностью определяться мезоскопич. флуктуациями. Напр., для коэф. термоэдс

к-рый определяется логарифмич. производной сопротивления по химическому потенциалу возможна ситуация, когда

в осн. определяется M. В этом случае

имеет произвольный знак и нерегулярным осциллирующим образом зависит от

Мезоскопич. эффекты следует учитывать в экспериментах и в практич. применениях, если L_c сравнимо с размерами образца L. Впервые условие L_c порядка неск. мкм было осуществлено в металлах при низких темп-pax. Благодаря когерентным эффектам при

, где D - коэф. диффузии электронов,

. Наиб, ярким проявлением когерентной M. является периодич. зависимость сопротивления металлич. кольца от пронизывающего его магн. потока F с периодом

(Ааронова - Бома эффект для сопротивления). Такие осцилляции, наблюдавшиеся экспериментально, происходят только за счёт мезоскопич. флуктуации, имеют случайную фазу и усредняются, если вместо кольца использовать длинный цилиндр.

Мезоскопич. явления возможны в электронных приборах, в к-рых применяется туннелирование электронов через потенц. барьер (см., напр., Туннельный диод ).Барьеры, как правило, оказываются неоднородными, их прозрачность определяется редко расположенными участками малой толщины барьера ("проколами"). Cp. расстояние между соседними проколами L_п велико, и для не слишком большой площади барьера

его прозрачность испытывает гигантские мозоскопич. флуктуации как функция напряжения или магн. поля H [2].

Фундаментальная важность мсзоскопич. явлений связана с тем, что они позволяют проследить переход от явлений на атомном уровне (микроскопики) к физике макроскопич. образцов. Прикладное значение M. состоит в том, что с M. связан теоретич. предел миниатюризации электронных приборов, а ташке в возможности наблюдения событий, происходящих в атомном масштабе (напр., диффузионное смещение отд. атомов), по изменению свойств образцов с размерами L_c.

Литература по мезоскопике

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.