вакансион

ВАКАНСИОН - квазичастица, описывающая поведение вакансии в квантовых кристаллах. Большая величина амплитуды нулевых колебаний атомов в квантовых кристаллах приводит к тому, что вакансии де-локализуются и представляют собой квазичастицы, практически свободно движущиеся в кристалле. Состояние В. характеризуется квазиимпульсом р и законом дисперсии (энергетич. спектром) . Наиб. подробно свойства В. изучены на примере кристаллов изотопов гелия - ³He и ⁴He.

Состояние вакансии в квантовом кристалле определяется квазиимпульсом только в том случае, если при перемещении вакансии не нарушается периодичность кристалла, в т. ч. и взаимная ориентация спинов атомов, образующих решётку. В общем случае движение вакансии, состоящее в перестановках атомов между собой, может сопровождаться изменением спиновой структуры кристалла. Поэтому В. может являться квазичастицей только в кристалле, состоящем из бесспиновых частиц (как ⁴He), или если кристалл определ. образом упорядочен по спинам. Так, В. в ³He делокализуется только в полностью спиново-поляризованном кристалле. В парамагнитной или антиферромагнитной фазах ³He с объёмноцентрир. кубич. решёткой В. автолокализуется в создаваемой вокруг себя спиново-поляризованной области большого (по сравнению с межатомным расстоянием) размера.

Ширина зоны В. обычно намного больше, чем у дефектонов др. типов, напр. примесонов .В кристалле ⁴He ширина энергетич. зоны В. порядка 1 К (10 ~⁴ эВ) и примерно на 3 порядка превышает ширину зоны примесонов ³He в кристалле ⁴He.

При рассеянии В. на примесной частице последняя может переместиться на межатомное расстояние. Этот процесс является квантовым аналогом механизма переноса примесных атомов с помощью вакансий в обычных кристаллах. Большая величина энергетич. зоны В. обусловливает эффективность такого индуцированного вакансиями механизма переноса примесных частиц в области не слишком низких темп-р, когда концентрация В. не очень мала. При этом коэф. диффузии примесных частиц , где - ширина зоны В., - энергия активации В., определяющая их концентрацию, - соответствующее сечение рассеяния, T - темп-ра.

Энергия, необходимая для образования одной вакансии (энергия активации), обычно по порядку величины равна работе, затрачиваемой при испарении атома из кристалла; вакансии являются термоактивированными, а их концентрация экспоненциально убывает при понижении темп-ры. Однако в квантовых кристаллах в принципе возможно существование т. н. нулевых В.- конечной концентрации В. в осн. состоянии кристалла при нулевой темп-ре. В этом случае даже в полностью равновесном состоянии число частиц, образующих решётку, всегда меньше, чем число узлов. При этом в кристалле оказываются возможными два типа движения, один из к-рых характерен для движения частиц в твёрдом теле, другой - в жидкости. Движение второго типа может сопровождаться потоком вещества через кристалл при неподвижных узлах кристаллич. решётки. Этот вопрос также связан и с проблемой сверхтекучести в твёрдых телах.

Лит. см. при ст. Дефектон. А. Э. Мейерович.

   <<      Предметный указатель      >>