к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Структурные фазовые переходы

Структурные фазовые переходы (конфигурационные фазовые переходы, полиморфные превращения) - фазовые переходы в кристаллич. твёрдых телах, состоящие в перестройке структуры этих тел за счёт изменения взаим-ногo расположения отдельных атомов, ионов или их групп и приводящие обычно к изменению типа симметрии кристалла. С. ф. п. могут происходить при изменении одного или неск. термодинамич. параметров - температуры Т, давления p, концентрации компонент (в случае сплава или твёрдого раствора)и др. Наиб. изучены С. ф. п. по температуре. Как правило, при понижении Т до Тк происходят С. ф. п. из кристаллич. структуры с более высокой симметрией в кристаллич. структуру с более низкой симметрией. При этом исходная и конечная кристаллич. модификации (фазы) могут резко отличаться по свойствам (см. Полиморфизм). С. ф. п. обычно сопровождаются изменением свойств твёрдого тела - упругих, электрических, магнитных и т. п. (см. Сегнетоэлектрики, Сегнетоэла-стики [2, 3 ]).

Если изменяется только точечная симметрия кристалла, то С. ф. п. наз. с о б с т в е н н ы м и, если изменяется трансляционная симметрия,- н е с о б с т в е н н ы м и. Последние приводят к возникновению сверхструктур, как соизмеримых, так и несоизмеримых, а также доменов (ориентацион-ных и трансляционных).

Для определения возможных для данной исходной структуры путей (каналов) перехода в др. структуры используется метод, основанный на теоретико-групповой классификации кристаллич. фаз [1 ].

Многие С. ф. п. сопровождаются изменением фононно-го спектра - появлением в нём т. н. м я г к о й м о д ы, свидетельствующей о неустойчивости данной кристаллич. структуры; одна из оптич. ветвей спектра "смягчается", т. е. щель в ней резко уменьшается, а затухание колебаний резко растёт с приближением Т к Тк (см. Колебания кристаллической решётки).

Характерным для С. ф. п. является также появление в фононном спектре т. н. ц е н т р а л ь н о г о п и к а - низкочастотной релаксац. моды малой ширины (по частоте) и высокой интенсивности, связанной с движением доменных стенок вблизи температуры перехода Тк.

Экспериментальные методы. Экспериментально С. ф. п. идентифицируются с помощью дифракц. методов-рентгеновского структурного анализа и нейтронографии структурной (по изменениям межатомных расстояний и объёма элементарной ячейки), по особенностям в поведении теплоёмкости С (Т)при Т=Tк, а также по изменению скорости звука и упругих модулей решётки. Используются также резонансные методы, основанные на появлении мягкой моды и центр. пика, к-рые детектируются с помощью комбинационного рассеяния света, Мандельштама - Бриллюэна рассеяния, а также неупругого рассеяния нейтронов. Для С. ф. п. с участием магнитоактивных ионов применяются также электронный парамагн. резонанс (ЭПР), ядерный магн. резонанс (ЯМР), мёссбауэровская спектроскопия.

Изменение параметра порядка. Как и любые фазовые переходы, С. ф. п. сопровождаются изменением параметра порядка, к-рый характеризует координац. упорядочение в конденсиров. среде (см. Дальний и ближний порядок ).Макроскопич. параметром порядка при описании С. ф. п. может служить изменение локальной плотности кристалла dr(r) = r2 (r) - r1 (r)[индексы 1 и 2 соответствуют исходной и конечной фазам; точнее, следует говорить о наборе коэф. разложения dr(r) по неприводимым представлениям исходной группы симметрии кристалла G ]. При микроско-пич. описании параметр порядка строится на векторах смещений атомов относительно их ср. положений (узлов кристаллич. решётки) в исходной фазе.

Среди всех возможных С. ф. п. различают С. ф. п. 2-го рода (типа смещения), при к-рых параметр порядка изменяется плавно и непрерывно, обращаясь в нуль при Т=Тк, и С. ф. п. 1-го рода (типа порядок - беспорядок), когда параметр порядка испытывает скачок при Т=Тк. С. ф, п. типа смещения более характерны для простых веществ, тогда как С. ф. п. типа порядок - беспорядок - для бинарных сплавов и твёрдых растворов. Примером С. ф. п. 2-го рода является упорядочение в b-латуни CuZn с ОЦК-структурой или в двухкомпонентных сплавах типа АB (AuCu, CoPt, FePd и др. с ГЦК-структурой). Во всех этих веществах выше Тк заполнение всех узлов решётки атомами типа А или В происходит равновероятно (вероятности РА = РВ), чтo соответствует неупорядоченному состоянию. Ниже критич. температуры РА5001-14.jpgРB, что соответствует упорядоченному состоянию. При этом возникает сверхструктура, характеризующаяся скалярным параметром порядка |РА - РB|/(РА + РBволновым вектором k5001-15.jpg0 [4]. Аналогично может быть описано упорядочение в нек-рых фазах внедрения, напр. упорядоченное распределение водорода или дейтерия по междоузлиям Nb и Та в гидридах Nb - H(D) и Та -H(D).

Более сложный (трёхкомпонентный векторный) параметр порядка необходим для описания С. ф. п. типа смещения в сверхпроводящих интерметаллических соединениях Nb3Sn и V3Si (пространственная группа симметрии О3h), а также в HfV2 и ZrV2, находящихся в т. н. ф а з е Л а в е с а (пространственная группа симметрии О7h). В первом случае кристалл переходит из простой кубич. решётки в тетрагональную (изменение симметрии О3h5001-16.jpgD94h), а во втором - в орторомбическую или ромбоэдрическую (изменение симметрии О7h5001-17.jpgD282h или D53d). В обоих случаях элементарная ячейка сохраняется, т. е k =0. В сегнетоэлектриках ВаТiO3 и SrTiO3 С. ф. п. происходят посредством смещения ионов относительно октаэдра О6 или посредством поворота этого октаэдра.

Образование доменов. Особенностью С. ф. п. по температуре является образование доменов в кристалле при Т<Тк. Поскольку температурное воздействие является скалярным, т. е. не имеет направленности (в отличие, напр., от воздействия механического), то в соответствии с Кюри принципом точечная симметрия кристалла не должна изменяться. Это и приводит к появлению доменной структуры (см. Домены ).Симметрия в пределах каждого домена ниже симметрии исходного кристалла, однако расположение доменов определяется элементами симметрии, утраченными при переходе (в простейшем случае образуются т. н. а н т и ф а з н ы е д о м е н ы). При образовании доменов в реальном кристалле существенны энергегич. факторы, граничные условия, дефекты и т. п. [5 ].

Каждый домен должен отличаться от остальных значением тензора деформации, описывающим спонтанную деформацию исходной элементарной ячейки. Внеш. давление снимает вырождение по энергии у доменов и делает энергетически выгодным один из них; при этом фазовая диаграмма кристалла становится более сложной. Напр., в тетрагонально деформированном кристалле при одноосном напряжении изменяется род фазового перехода со 2-го на 1-й и на фазовой диаграмме появляется трикритическая точка .Фазовые диаграммы С. ф. п., содержащие поликритические точки, характерны для многих кристаллов, напр. кристаллов типа перовскитов KMnF3, CsPbBr3 и кристаллов типа MnAs, допускающих неск. последовательных С. ф. п., а также магнитные фазовые переходы.

Количественное описание С. ф. п. даётся обычно на основе квантовой теории фазовых переходов с дальнейшими уточнениями (напр., учётом флуктуации параметра порядка). Применяется также приближённое вычисление статис-тич. суммы кристалла, напр. при описании упорядочивающихся сплавов приближением Брэгга - Вильямса (см. Среднего поля приближение), Кирквуда и др. [6] (см. Корреляционная функция).

В основе микроскопич. описания С. ф. п. лежит простой квазиклассич. гамильтониан [6, 7 ], описывающий динамически неустойчивую решётку как набор связанных ангар-монич. осцилляторов [6, 7]:

5001-18.jpg

Такой гамильтониан моделирует кристалл с 2 подрешёт-ками, в к-ром атомы одной из них (жёстко фиксированной) создают характерный двухъямный потенциал для подвижных атомов др. подрешётки (см. рис.). Здесь ul, pl (в одномерном случае - скалярные величины)-смещение и импульс атома массы М, расположенного в l-м узле кристаллич. решётки; коэф. А5001-19.jpg0, В и С>0. Коэф. А характеризует модуль упругого сжатия, коэф. В-ангармонизм решётки, С-взаимодействие между атомами в соседних узлах l, l'.

5001-20.jpg

Конфигурационная потенциальная энергия атомов "подвижной" подрешётки в поле атомов "неподвижной" подрешётки (одномерный случай).

В системе, описываемой гамильтонианом 5001-21.jpg, при Тк5001-22.jpg0 происходит фазовый переход в упорядоченное состояние с конечным ср. смещением 5001-23.jpg . Возможны 2 предельных случая, соответствующие переходам типа смещения и типа порядок - беспорядок. Если при низких темп-pax все подвижные атомы расположены на дне левой потенциальной ямы, то с ростом Т возможна реализация одного из двух случаев: в первом наиб. вероятное положение подвижных атомов соответствует вершине потенциального барьера (переход типа смещения), во втором - дну потенциальной ямы, в результате чего левая и правая ямы заполнены равновероятно (переход порядок - беспорядок). Параметром, различающим эти 2 случая, является отношение 5001-24.jpg , где 5001-25.jpg2/4В характеризует глубину ямы (высоту барьера), 5001-26.jpg= 4С|А|/В-энергию взаимодействия атомов в разл. ямах на соседних узлах (минимумы двухъямного потенциала соответствуют смещениям 5001-27.jpg) .

При x>>1, А<0 (предельный случай перехода порядок- беспорядок) каждый подвижный атом локализован вблизи дна ямы при всех Т, кроме Т>>Тк. Т. о., в гармонии, приближении все колебания атомов вблизи высоко-температурного положения равновесия (вершины барьера) неустойчивы; в этом случае осн. динамич. процессы - прыжковые за счёт туннелирования атомов между соседними ямами в одном узле. Такая ситуация может быть описана с помощью эфф. спинового гамильтониана [2, 3], а при высоких темп-pax - моделью, соответствующей невзаимодействующим ангармонич. осцилляторам. При x<< 1, А > 0 (предельный случай перехода типа смещения) неустойчивой оказывается небольшая часть длинноволновых колебаний вблизи высокотемпературного положения равновесия; ниже Tк происходит "замораживание" мягкой фононной моды. В одномерном случае гамильтониан допускает возможность точных решений ур-ний динамики, к-рые обнаруживают 2 типа элементарных возбуждений в системе: фононы с малой амплитудой колебаний и соли-тоны (доменные стенки) - с большой [6] (см. также Точно решаемые модели в с т а т и с т и ч. ф и з и к е).

Одномерный гамильтониан применим, напр., для описания упорядочения протонов в соединениях с водородными связями (КН2РО4, биополимеров и др.). Для реальных трёхмерных кристаллов следует учитывать анизотропию энергии межатомного взаимодействия Uc, обладающую не двумя, а большим числом локальных минимумов разл. глубины. Существен также учёт взаимодействия решётки с электронной подсистемой (особенно в металлах) и спиновой (в магнетиках) [6]. Напр., в фононном спектре нек-рых переходных металлов и сплавов возможно "смягчение" фононов с волновым вектором 2kF, где (2p/h)kF - импульс Ферми (коновская особенность). С др. стороны, электрон-фононное взаимодействие может приводить к т. н. п а й-е р л с о в с к о й н е у с т о й ч и в о с т и (см. Пайерлса переход)и связанному с ней С. ф. п.- спонтанному искажению решётки с волновым вектором 2kF. При этом в электронном спектре возникает щель (см. Переход металл - диэлектрик ),а распределение заряда описывается волной зарядовой плотности. Аналогично сильное спин-решёточное взаимодействие в нек-рых сплавах переходных и редкоземельных металлов (гигантская магнитострикция)также приводит к С. ф. п.

Литература по структурным фазовым переходам

  1. Изюмов Ю. А., Сыромятников В. Н., Фазовые переходы и симметрия кристаллов, М., 1984;
  2. Блинц Р., Жекш Б., Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики, пер. с англ., М., 1975;
  3. Вакс В. Г., Введение в микроскопическую теорию сегнето-электриков, М., 1973;
  4. Матвеева Н. М., Козлов Э. В., Упорядоченные фазы в металлических системах, М., 1989;
  5. Жири-фалько Л., Статистическая физика твердого тела, пер. с англ., М., 1975;
  6. Брус А., Каули Р., Структурные фазовые переходы, пер. с англ., М., 1984;
  7. Бётгер X., Принципы динамической теории решетки, пер. с англ., М., 1986;

Ю. Г. Рудой

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution