Энергия решетки нулевая

Многие равновесные свойства твёрдых тел, в том числе и структурные, определяются в значительной мере, а в ряде случаев и полностью, ангар-монизмом потенциала взаимодействия атомов. Именно ангармонизм, наряду с колебаниями атомов (в том числе нулевыми), приводит к изотопическому эффекту в постоянной кристаллической решётки твёрдого тела. Потенциал взаимодействия Е(г) двух атомов в твёрдом теле представлен схематично на рис. 12.1.1. В первом приближении равновесное расстояние Гоо между ближайшими соседями и, соответственно, постоянная решётки определяются минимумом потенциала взаимодействия. Отметим, что потенциал не зависит от температуры и массы взаимодействующих частиц. Во втором приближении, с учётом энергии нулевых колебаний ос равновесное расстояние увеличивается и зависит теперь от массы атомов лёгкий изотоп имеет большую постоянную решётки, чем тяжёлый, поскольку энергия его колебаний больше (рис. 12.1.1,6). Отметим, что в чисто гармоническом потенциале изотопический эффект отсутствует (рис. 12.1.1, а). При Т = 0 К поправка к Гоо, обусловленная нулевыми колебаниями, пропорциональна Различие между изотопами оказывается наибольшим при низких температурах и уменьшается с ростом температуры. Для обычных твёрдых тел изотопический эффект небольшой, например, для изотопов лития и отношение (гб — Г7)/Г7 6 10 в то время как эффект нулевых колебаний на порядок величины больше (г7 — Гоо)/гоо 6 10 [15 [c.65]

Исследования изотопического эффекта в непрямой щели в кремнии проведены в работах [221-223]. В соответствии с теоретическими представлениями величина изотопического сдвига щели при низких температурах оказалось обратно пропорциональной квадратному корню из средней атомной массы. Используя эти данные, удалось определить величину перенормировки электронных энергий из-за нулевых колебаний атомов в решётке кремния. [c.92]

Позднее оценки скорости рассеяния фононов, вызванного вариациями атомной массы, показали, что оно может быть заметным и даже значительным особенно при температурах вблизи максимума в теплопроводности [146, 147]. Кроме флуктуаций атомной массы в изотопически разупорядоченном кристалле имеются локальные деформации решётки, обусловленные изотопической зависимостью молярного объёма, и изменения в силовых постоянных вблизи изотопической примеси. Как было показано выше, различие молярного объёма для изотопов появляется только из-за ангармонизма колебаний атомов в решётке. Возмущение решётки около изотопической примеси обусловлено тем, что лёгкий изотоп стремится минимизировать избыток энергии своих нулевых колебаний посредством расширения решётки матрицы (для тяжёлой примеси ситуация обратная). В то же время матрица противодействует расширению, оказывая давление на примесь и уменьшая её молярный объём. Возникающее поле деформации вокруг примеси приводит к рассеянию фононов. Этот эффект естественно оказывается значительным в квантовых кристаллах (гелии, неоне), где имеется большой изотопический эффект в молярном объёме, и практически незаметён в обычных, неквантовых кристаллах. Скорость рассеяния фононов на изотопах даётся выражением (см., например, [148]) [c.80]

Смесь двух и более изотопов, хаотично распределённых в решётке твёрдого тела, означает наличие дефектов в кристаллической решётке, поскольку изотопы отличаются по массе и по молярному объёму. Как известно, между дефектами имеются дальнодействующие силы притяжения [74]. При достаточно низких температурах эта сила приводит к такому замечательному эффекту, как разделение смеси на изотонически обогащённые фазы, например, в случае бинарной смеси, одна фаза будет обогащена лёгким, а другая тяжёлым изотопом. Этот эффект был предсказан И. Пригожиным с коллегами [75] из анализа основного состояния изотопических смесей в рамках теории возмущений. Расчёт показал, что нулевая энергия изотопической смеси больше, чем сумма нулевых энергий чистых изотопов даже в рамках гармонического приближения. Причём Ех для упорядоченной смеси изотопов (типа, например, АВАВ...) оказывается наибольшей — больше, чем для хаотичной смеси. Согласно требованию теоремы Нернста энтропия изотопической смеси [c.70]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология