Юбилейная XLV Международная выставка-презентация
научной, учебно-методической и художественной литературы

Физика фазовых переходов в дефектных и малоразмерных кристаллах


ГруппаНаучная литература
Область науки
Естественные науки
Название на русском языкеФизика фазовых переходов в дефектных и малоразмерных кристаллах
Авторы на русском языкеЛебедев В.И.
Название на английском языкеPhysics of phase transitions in defective and small-sized crystals
Авторы на английском языкеLebedev V.I.
Вид издания на русском языкеМонография
Издательство на русском языкеСтаврополь: СевКавГТУ, 2008. - 227 с.

Резюме

Новый уровень экспериментальных исследований структурных фазовых переходов в дефектных и малоразмерных кристаллах, позволил перейти от описания макроскопических свойств кристаллов к исследованию структурных переходов на микроскопическом уровне. Развитие технологий получения реальных нелинейных дефектных кристаллов типа сегнетоэлектриков, ферромагнетиков, многокомпонентных полупроводниковых гетеро структур потребовали создание микроскопических теорий структурных фазовых переходов. Новый современный микроскопический уровень теоретических исследований структурных фазовых переходов – модельное исследование структурно-неустойчивых кристаллических решёток. Этот метод сочетает в себе простоту и ясность феноменологических моделей типа «мягкой» фононной моды и современные статистические подходы к исследованию критических явлений в флуктуационной теории фазовых переходов.

Исследование ряда моделей структурных переходов показало «универсальность» поведения решёток, как при структурных переходах типа «смещение», и типа «порядок-беспорядок» вблизи критических точек. В обоих случаях наблюдалось появление двух шкал характерных времён, определяемых быстрыми, фононными переменными и медленных релаксационных процессов, связанных с параметрами порядка фазовых переходов. Однако возникают вопросы связанные: с неполным смягчением «мягкой» моды; наблюдением аномальных пиков в законе рассеяния излучения вблизи критических температур; возникновением явлений, характерных для метастабильных фаз при фазовых переходах первого рода близких ко второму роду в неустойчивых решётках. Эти вопросы находят адекватное объяснение в аналитическом моделировании структурных переходов первого рода близких ко второму роду в неустойчивых дефектных решётках.

Проблемой является моделирование влияния различного типа дефектов на структурные фазовые переходы. Особое внимание уделяется неуничтожимым равновесным собственным точечным дефектам, ростовым дефектам, в том числе неравновесным радиационным дефектам, линейным и плоским дефектам. Известно, что зачастую именно дефекты определяют нелинейные оптические и электрофизические и другие характеристики решёток. Особую остроту проблема поверхности и плоских дефектов приобретает при рассмотрении ростовых процессов кристаллов на подложках и в связи с исследованием процессов самоорганизации в нано технологиях. Несмотря на отдельные успехи в экспериментальных и теоретических исследованиях в этих областях, отсутствует не только последовательное микроскопическое моделирование этих явлений в структурно-неустойчивых решётках, но возникли новые методологические проблемы. Они связанны как с принципиально квантовыми свойствами нано объектов, не имеющими адекватного языка для своего описания на макроуровне в физике конденсированных сред, так и с попытками применения на мезо - и микроуровне языка описания, принятого для макроскопических объектов.

Настоящее исследование является попыткой если не решить, то хотя бы обозначить ряд возникших проблем. С целью восполнить указанные пробелы применяются модельные подходов к изучению структурно-неустойчивых, в том числе дефектных решёток в области структурных фазовых переходов первого рода близких ко второму роду. В книге рассматриваются равновесные термодинамические, нелинейные оптические и электрофизические свойства кристаллов, начальных стадий формирования тонкоплёночных структур и динамика фазовых переходов в них.

В первой вводной главе делается краткий обзор общих вопросов квантовой теории твёрдого тела, для того чтобы представить специфику изучаемых в ней систем, осветить задачи и характер исследований в этой области теоретической физики. Приводятся краткие сведения о методах исследования структурных фазовых переходов в твёрдых телах: симметрии решёток, феноменологических подходах к описанию фазовых переходов, основных положениях флуктуационной теории фазовых переходов и микроскопическом моделировании фазовых переходов типа смещение и порядок-беспорядок.

Во второй главе представлены результаты, полученные при описании физических свойств дефектных кристаллов с собственными точечными дефектами. Излагается самосогласованная фононная теория, основанная на систематическом применении метода функций Грина (ФГ) при описании возбуждений решёток и дефектов, позволяющая из первых принципов проводить расчёт всех теплофизических характеристик реальных неметаллических однокомпонентных кристаллов в широкой области температур, включая область СФП типа плавление.

В третьей главе предложена модель многоатомного кристалла с учётом собственных точечных дефектов. Проанализировано влияние вакансий на параметры структурных фазовых переходов типа «порядок-беспорядок» и типа «смещение». Описана статистическая теория структурного сегнетоэлектрического фазового перехода в кристаллах типа перовскитов ABX3 с вакансиями ионов . Для сегнетоэлектрического фазового перехода в SrTiO3 описана экспериментально наблюдаемая зависимость частоты мягкой моды от температуры при различных значениях концентрации вакансий. В модели структурного антиферродисторсионного фазового перехода приведены: температурная зависимости частоты мягкой моды и зависимости температуры фазового перехода TR от концентрации вакансий согласующиеся с экспериментом.

В четвёртой главе для описания структурных фазовых переходов первого рода близких ко второму роду предложена модель {φ3φ4}, в которой решётка моделируется с помощью гамильтониана связанных ангармонических осцилляторов в поле несимметричного двух ямного потенциала. Модель позволяет развить самосогласованную теорию динамики решётки в квазиодномерных и двумерных системах в метастабильной области фазового перехода первого рода близкого ко второму роду. Показано, что подсистема доменных стенок кластеров ответственна за квазиупругий центральный пик в законе рассеяния нейтронов. Модель {φ3φ4} адекватно описывает особенности термодинамических параметров, обнаруживаемых при СФП первого рода близких ко второму роду типа «смещение» в кристаллах чистых Ti и Zr при переходах из ОЦК структур в структуру плотной упаковки. Рассмотрено влияние вакансий на термодинамические и динамические характеристики этих кристаллов вблизи структурного фазового перехода.

В пятой главе проведено моделирование начальных стадий формирования тонкоплёночных структур. Определено уравнение для параметра порядка фазового перехода «газ – плёнка конденсата» на кристаллической подложке, получены спинодали появления тонких плёнок на поверхности подложки при различных значениях параметров парного взаимодействия адатомов друг с другом и различных значениях среднего поля подложки. Рассчитанные теоретически температурные зависимости энергии активации десорбции сравнены с результатами, полученными при обработке экспериментальных данных по термодесорбции кремния с текстурированных лент тантала и термодесорбции европия с текстурированных вольфрамовых лент. Представлены результаты феноменологического рассмотрения термодинамики фазового перехода «газ – плёнка конденсата» первого рода и метастабильных состояний при фазовом переходе на основе модельного гамильтониана Ландау-Гинзбурга. Дано описание псевдокритических явлений в метастабильной области, спинодального распада, процессов нуклеации и релаксации поля ПП в метастабильных областях

В шестой главе предложена модель описания структурных фазовых переходов I рода близких ко второму роду в кристаллических плёнках на подложках с помощью гамильтониана связанных ангармонических потенциала подложки. Предложенная модель адекватно описывает особенности термодинамических параметров в случае тонких плёнок редкоземельных металлов (Yb, Eu), нанесённых на поверхность кремния Si вблизи точки фазовых переходов I рода, а также позволяет учесть влияние поля подложки и латерального взаимодействия адатомов на термодинамические свойства и фононный спектр системы.

В седьмой главе исследован характер температурной зависимости термодинамических параметров и откликов кристаллов при непрерывных структурных фазовых переходах в рамках точно решаемой модели с гамильтонианом Дикке. Дано описание механизма самоорганизации кластерных стенок при СФП в модели Дикке за счёт нелинейных эффектов. Исследована динамика кластеров в квазиодномерной модели, позволившая оценить время спонтанного зарождения возбуждения типа стенки кластера в метастабильной фазе.

Автор отдаёт себе отчёт в сложности затронутых проблем и недостатках в изложенном материале, которые известны и ему самому. Поэтому автор готов с благодарностью принимать упрёки и конструктивные замечания по их поводу.

Комментарии

Издание "Физика фазовых переходов в дефектных и малоразмерных кристаллах" (Лебедев В.И.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
ОРДЕНОМ "PRIMUS INTER PARES - ПЕРВЫЙ СРЕДИ РАВНЫХ"