Квантовый кристалл

КВАНТОВЫЙ КРИСТАЛЛ, кристалл, в котором квантовая неопределённость координаты ∆х составляющих его частиц сравнима с периодом кристаллической решётки а. Полагая, что неопределённость координаты частиц ∆х, их масса m и максимальная частота собственных колебаний кристаллической решётки ωмакс связаны неопределенностей соотношением ∆х∆р~ωмакс∆х2т~ħ (ħ - постоянная Планка), условие «квантовости» можно    записать     в    виде: kθD ~ ħωмакс ~ ω2макс∆х2m ~ ω2максa2m~kTпл , где  θD - температура Дебая, Тпл - температура плавления. Таким образом, квантовый кристалл не существует в классической области температур (смотри Дебая температура).

В классических кристаллах при низких температурах атомы совершают малые колебания вблизи узлов кристаллической решётки, в этом смысле существует взаимно однозначное соответствие между атомами и узлами. В квантовом кристалле частицы могут совершать подбарьерные туннельные переходы (смотри Туннельный эффект) с одного узла на другой и меняться местами, поэтому установить такое соответствие невозможно. Неопределённость позиции реальных частиц в решётке приводит к отсутствию чёткой принадлежности и у точечных дефектов. Последние превращаются в делокализованные квазичастицы (дефектоны) с конечной шириной разрешённой зоны, состояния которых, как состояния любых возбуждений в кристаллической решётке, классифицируются по их квазиимпульсу. Движением объёмных дефектонов определяются диффузия (так называемая квантовая диффузия) и внутреннее трение в квантовом кристалле.

Реклама

Характерными представителями квантовых кристаллов являются твёрдые 3Не и 4Не. Квантовые эффекты в них столь существенны, что кристаллизация наступает только под давлением даже при абсолютном нуле температур. Межфазная граница между квантовым кристаллом и квантовой жидкостью обладает рядом необычных свойств. Так, делокализация дефектов на поверхности раздела квантового кристалла - квантовая жидкость приводит к существованию слабо затухающих кристаллизационных волн.

Лит. смотри при ст. Квантовая диффузия.

Л. А. Мельниковский.

Связанные статьи