Физика Низких Температур: Том 43, Выпуск 10 (Октябрь 2017), c. 1459-1470    ( к оглавлению , назад )

Туннельно-термоактивационный механизм диффузии вакансий в квантовом кристалле

В.Д. Нацик1,2, С.Н. Смирнов1

1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Науки, 47, г. Харьков, 61103, Украина
E-mail: smirnov@ilt.kharkov.ua

2Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61077, Украина
E-mail: natsik@ilt.kharkov.ua

Статья поступила в редакцию 27 апреля 2017 г.

Аннотация

Рассмотрена модель вакансии в квантовом кристалле как псевдочастицы, которая имеет метастабильные квантовые состояния, локализованные на узлах решетки в потенциальных ямах кристаллического поля. Предполагается, что квантовую динамику такой вакансии можно описать в квазиклассическом приближении, а ее спектр состоит из широкой зоны и отщепленных от нее вниз одного или двух дис-кретных уровней. Диффузионное перемещение вакансии в объеме кристалла сводится к последовательности случайных туннельных и термически активированных скачков между узлами решетки. Показано, что температурная зависимость коэффициента диффузии вакансий имеет специфическую особенность: монотонное уменьшение при охлаждении с резким переходом от экспоненциального закона, характерно-го для высокотемпературной термически активированной диффузии, к атермическому туннельному процессу в области предельно низких температур. Аналогичная особенность недавно зарегистрирована при экспериментальном изучении массопереноса в кристаллах 4He и 3He (ФНТ 41, 223 (2015); ФНТ 42, 1372(2016)). Данный механизм диффузии вакансий и его анализ дополняют предложенную ранее А.Ф. Андреевым и И.М. Лифшицем концепцию диффузионного течения квантового газа дефектонов-квазичастиц с зонным энергетическим спектром (ЖЭТФ 56, 2057 (1969); УФН 118, 251 (1976)).

PACS: 62.20.F– Деформация и пластичность;
PACS: 67.80.–s Квантовые кристаллы;
PACS: 67.80.D– Твердый 3He;
PACS: 67.80.dj Дефекты, примеси и диффузия.

Ключевые слова: твердый гелий, пластическое течение, энергия активации, квантовая диффузия, вакансии, дислокации.

Oпубликована онлайн: 27 августа 2017 г.