ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР Элементарные возбуждения. Квазичастицы из "Физика и химия твердого состояния" Неограниченный кристалл, построенный из ядер и электронов, находящихся при температуре абсолютного нуля в наиниз-шем возможном энергетическом состоянии, если не учитывать нулевых колебаний (см. гл. II), является абсолютно упорядоченным, математически идеальным. Всякое отклонение от этого однозначно заданного идеального состояния называют дефектом (несовершенством, разупорядочением). [c.69] Все неограниченное множество дефектов можно условнЬ разделить на микро- и макродефекты. [c.69] Микродефектами являются всевозможные элементарные возбуждения (см. гл. II), домены (области спонтанной электризации или намагничения), изотопы, инородные атомы, отдельные атомы (или группы), занимающие нерегулярные положения в решетке (вакансии, внедренные атомы, центры окраски, дефекты упаковки, домены , дислокации и т. д.). [c.69] Макроскопическим нарушением структуры решетки являются границы кристалла, границы зерен и блоков, трещины, поры, инородные включения, царапины и т. д. [c.69] Несомненно, каждый реальный кристалл обладает всеми перечисленными дефектами и его свойства в связи с этим должны существенно отличаться от свойств идеализированных кристаллов, модели которых были рассмотрены выше. Дефекты структуры действительно оказывают сильное влияние на многие свойства твердых тел. К ним относятся прочность, электропроводность, механические и электромагнитные потери, каталитические свойства и др. Эти свойства получили название структурно чувствительных. Для описания таких свойств рассмотренные выше модели являются малоподходящими. Однако часто оказывается, что ответственным за какое-либо определенное свойство реального кристалла является один тип дефектов. Это может быть обусловлено тем, что какой-либо дефект присутствует в гораздо большей концентрации, чем прочие, либо же тем, что на данное свойство прочие дефекты влияют в значительно меньшей степени. В таких случаях конкретное структурно чувствительное свойство можно достаточно удовлетворительно объяснить усовершенствованной моделью, включающей модель рассматриваемого дефекта (точечного или протяженного). [c.69] Модели дефектов, по-видимому, целесообразно рассмотреть не здесь, а в соответствующих главах (гл. И1—X), в которых описаны свойства конденсатов. [c.70] Классическая физика знала два вида материи вещество, состоящее из частиц, и электромагнитное поле. [c.70] Открытие корпускулярных свойств света, с одной стороны, и волновых свойств электронов, с другой, изменило наши представления о природе вещества возникла идея о двуединой, корпускулярно-волновой природе вещества, согласно которой поле и частица не противопоставляются друг другу, а выступают как две стороны одной и той же реальности. [c.70] Соотношение Ео = гПоС связывает энергию ео элементарного возбуждения с массой Ша частицы, которую это возбуждение собой представляет. Энергия элементарного возбуждения связана с его импульсом. Наименьшее значение энергия возбуждения (ео) имеет при р — О- это и есть та минимальная энергия, которая должна быть затрачена для появления элементарного возбуждения, т. е. для рождения элементарной частицы эта эне] гия определяет массу покоя частицы. Так, например, энергия возникновения пары элементарных возбуждений электронно-позитронного поля (т. е. электрона и позитрона) порядка 1 МэВ, что соответствует массе покоя электрона -—10 г. Энергия элементарных возбуждений электромагнитного поля начинается с нуля это означает, что масса покоя фотона равна нулю. [c.71] Различные поля взаимодействуют друг с другом, и это взаимодействие проявляется в тех силах, с которыми частицы воздействуют друг на друга. Параметры, характеризующие эти взаимодействия, носят названия зарядов (электромагнитный, лептон-ный, барионный заряды и т, д.) частиц. [c.71] Когда плотность элементарных частиц невелика (низкий уровень возбуждения полей) и их взаимодействие пренебрежимо мало, систему элементарных частиц можно рассматривать как идеальный газ . В этом случае частицы одновременно являются и структурными единицами вещества, и структурными единицами движения. [c.71] при Т = О система частиц (атомов, ионов, молекул) обладает наименьшей (нулевой) энергией и наименьшей энтропией. Нулевая энергия не может быть никакими средствами отобрана у системы частиц без нарушения ее связей и структуры и, таким образом, может рассматриваться как нулевой уровень при отсчете энергии. С повышением температуры система частиц возбуждается, ее энергия, а вместе с ней энтропия увеличиваются. Физико-математическое описание возбужденного состояния реальной системы сильно взаимодействующих частиц (конденсата) — задача невероятной сложности. Пока она решается при следующих упрощающих предположениях (см. 2) все частицы системы при Т = О располагаются в пространстве идеально правильно, строго периодически при Т ф О система возбуждена слабо. [c.72] Слабое возбуждение частиц, как показывает теория, можно разложить на отдельные почти независимые элементарные возбуждения. Полная энергия системы вблизи ее основного состояния складывается, таким образом, из энергии основного состояния и суммы энергий отдельных элементарных возбуждений. Но так как средняя энергия элементарных возбуждений оказывается меньше энергии взаимодействия между частицами, представляющими собой строительный материал конденсата, то последние не могут явиться элементарными носителями движения. Такими носителями становятся сами элементарные возбуждения, которые поэтому и называют квазичастицами. [c.72] Во всех динамических отношениях квазичастицы подобны элементарным частицам. Однако в противоположность элементарным частицам квази 1астицы не могут появиться в вакууме, они требуют некоторой среды, или фона, для своего возникновения и существования, так как, являясь носителями движения, они не представляют собой строительного материала той среды, в которой они существуют. [c.72] Это различие между элементарными частицами и квазичастицами — основное, так как, за его исключением, все главнейшие общие свойства и проявления элементарных частиц и квазичастиц совпадают. [c.72] Для обычных классических частиц е = р 2/Ло, где т , — масса частицы. [c.72] В релятивистской теории с учетом энергии покоя е закон дисперсии выражается формулой е = с ]/т1с + р . [c.72] Кроме закона дисперсии, который определяет динамику отдельной частицы, важным характерным признаком являются ее свойства как члена коллектива таких частиц. Статистические свойства элементарных частиц тесно связаны с их спином [1]. Частицы, обладающие полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны и др.), подчиняются статистике Ферми—Дирака частицы с целым спином (фотоны, мезоны и т. п.) — статистике Бозе— Эйнштейна. [c.73] Как отмечалось выше, квазичастицы подобны истинным частицам. Их индивидуальные свойства тоже характеризуются определенной энергией е, квазиимпульсом и спином з. Поэтому указанные статистические свойства будут характерны и для квазичастиц. [c.73] Здесь —химический потенциал системы (см. 4) знаки + или — относятся соответственно к случаю, когда квазичастицы подчиняются статистике Ферми—Дирака или Бозе—Эйнштейна. [c.73] Вернуться к основной статье