квантовая диффузия

КВАНТОВАЯ ДИФФУЗИЯ - диффузия частиц или точечных дефектов (вакансий, примесных и междоузельных атомов) в твёрдых телах, обусловленная подбарьерными когерентными туннельными переходами. Обычная диффузия точечных дефектов происходит в результате надбарьерных термоактивац. переходов через потенц. барьеры, разделяющие равновесные положения частиц или дефектов в кристаллич. решётке; при этом коэф. диффузии экспоненциально убывает с понижением темп-ры Т и подчиняется закону Аррениуса. В случае К. д. экспоненциальные температурные множители отсутствуют и могут возникнуть степенные температурные зависимости коэф. К. д. D_KB. К. д. наблюдается в квантовых кристаллах. Квазиклассич. вероятность подбарьерного туннелирования (см. Туннельный эффект) w~ехр(-1/L). Показатель экспоненты определяется отношением амплитуды нулевых колебаний а₀ частиц к межатомному расстоянию а : L ~ (h/а) (Em)^-1/2~а²₀/а² - т. н. параметр Де Бура, E - энергия частиц массы m. Скорость туннелирования частиц v ~ wh/ma, туннельная частота w₀ = wh/та². Заметная вероятность туннелирования точечных дефектов, приводящая к большой величине D_KB, означает квантовую делокализацию точечных дефектов в квантовых кристаллах. Эти делокализованные дефекты (вакансион, дефектон, примесон) по своим свойствам аналогичны др. квазичастицам в твёрдых телах, причём для них ширина энергетич. зоны D~hw₀~wh/ma². Коэф. D_KB ~ vl ~ (Da/h)l дефектонов определяется длиной их свободного пробега l, к-рая ограничена либо их столкновениями с др. квазичастицами или структурными дефектами кристалла, либо взаимодействием дефектонов друг с другом. При рассеянии на фононах могут наблюдаться аномальные температурные зависимости D_KB: напр., при понижении Т величина D_KB может даже возрастать ~ Т^-9. Др. особенность К. д., связанная с малой величиной D,- высокая чувствительность к степени однородности кристалла, внеш. сила F приводит к локализации дефектона на размерах порядка D/F. Т. к. точечные дефекты - источники медленно спадающих с ростом расстояния внутр. напряжений, то даже при сравнительно малой концентрации узкозонных дефектонов взаимодействие между ними приводит к "запиранию" К. д. К. д. наблюдается для лёгких примесных частиц (атомов Н или мюонов) в металлах, а также для разл. точечных дефектов в гелии твёрдом (вакансий, изотопич. примесей, перегибов на дислокациях, дефектов поверхности). В последнем случае К. д. существенна для объяснения кристаллизационных волн. Для нек-рых точечных дефектов К. д. происходит только вдоль определ. осей или плоскостей кристалла, а диффузия вдоль остальных направлений является чисто классической. К. д. приводит также к особенностям внутр. трения в квантовых кристаллах. Наиб. подробно К. д. изучена для примеси ³Не в кристаллах ⁴Не. Обнаружены возрастание D_кв с понижением Т, не зависящий от темп-ры режим (D_кв задаётся только концентрацией ³Не), режим "запирания" К. д. (примесоны ³Не локализованы вследствие сильного в масштабах D взаимодействия). Лит.: Андреев А. Ф., Диффузия в квантовых кристаллах, "УФН", 1976, т. 118, с. 251; В е р к и н Б. И., Квантовые кристаллы и квантовая диффузия, "Природа", 1978, № 12; Andreev A. F., Defects and surface phenomena in quantum crystals, в кн.: Quantum theory of solids, ed. by I. M. Lifshits, Moscow, 1982, p. 11. A. Э. Мейерович.

   <<      Предметный указатель      >>