Рубин. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Рубин - кристалл А1₂O₃ (корунд) с небольшой добавкой ионов Сr³⁺, замещающих в кристаллич. решётке корунда ионы А1 и окрашивающих корунд в красный цвет (от розового до малиново-красного в зависимости от концентрации Сг). Темп-pa плавления 2050°С. По механич. свойствам Р. близок к корунду (одному из самых твёрдых минералов). Первоначальное применение в технике получил как материал для часовых подшипников; производство искусств. Р. вначале было налажено для нужд часовой промышленности. В квантовой электронике Р. с 1958 используют в качестве активного вещества в квантовых усилителям и твердотельных лазерах. Применение Р. в квантовой электронике связано с особенностями спектра Сr³⁺ и с механич. прочностью.

Уровни энергии иона Сr³⁺ в кристаллич. решётке корунда отличаются от уровней свободного иона Сr³⁺. Внутрикристаллическое поле Е_кр и дефекты кристаллич. решётки (в т. ч. механич. напряжения и тепловые колебания ионов) «размывают» уровни энергии Сr (рис. 1). Нек-рые уровни, напр.

превращаются в полосы. На положение др. уровней (напр.,

) электрич. поле влияет слабее, и их уширение незначительно. Переходы с основного уровня

на широкие полосы

соответствуют поглощению зелёного и фиолетового света. Переходы с

на узкие уровни

не оказывают влияния на окраску кристалла, т. к. красный свет практически не поглощается. Т. о., положение и ширина полос поглощения

определяют красный цвет Р.

Рис. 1. Схема энергетических уровней иона Сr³⁺ в рубине.

Рис. 2. Расщепление уровней иона Сr³⁺ в рубине в магнитном поле, направление котооого параллельно кристаллографической оси кристалла и составляет с ней углы 54,7° и 90°.

При обычных темп-pax практически все ионы Сг³⁺находятся на двух нижних уровнях

, отличаясь величиной проекции магн. момента на направление поля E_кр. Частота перехода между ними v=11,9 ГГц. Каждый уровень иона Сr³⁺ в Р. дважды вырожден (противоположные знаки проекции магн. момента иона на Е_кр). Магн. поле Н дополнительно расщепляет каждый из уровней

на 2, величина расщепления зависит от величины поля Н и его ориентации относительно крис-таллографич. оси кристалла (рис. 2; см. Зеемана эффект ).Т. о., в Р., находящемся в пост, поле Я, образуются 4 уровня, переходы между к-рыми находятся в диапазоне СВЧ. Благодаря этому Р. может быть использован как трёхуровневая система в квантовых парамагн. усилителях. Применение Р. в квантовых усилителях обусловлено также большим временем его спин-решёточной релаксации при низких темп-pax и, следовательно, малой потребляемой мощностью накачки.

В лазере оптич. диапазона Р. накачивается светом от мощной лампы с широким спектром излучения, соответствующим переходам с уровней

, на полосы

. Подавляющее большинство возбуждённых ионов отдаёт часть своей энергии тепловым колебаниям кристалла и переходит на уровни

, к-рые не заселены при комнатной температуре. Время жизни ионов на уровнях

достаточно велико (3,5 мс), и большинство ионов скапливается на них. При достаточно мощной накачке уменьшение населённостей уровней

и обогащение населённостей уровней

приводит к инверсии населённостей уровней

и,следовательно, к генерации света с длиной волны

(рис. 1), что соответствует красному свету (см. Твердотельный лазер).

Рис. 3. Выращивание рубина по методу Вернейля. Смесь А1₂О₃ и Сr₂О₃ в виде пудры сыплется сверху на выращиваемый кристалл, верхняя кромка которого находится в пламени горелки с температурой 2050 °С, достаточной для плавления рубина. Кристалл постепенно опускают, и расплавленный слой смеси, выходя из пламени, кристаллизуется.

Искусств. монокристаллы Р. выращиваются обычно по методу Вернейля в кислородно-водородном пламени (рис. 3; см. также Монокристаллов выращивание ).Удаётся получить монокристаллы Р. в виде стержней диаметром до 5 см и метровой длины.

Литература по рубину

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.