Tudományos dimenziós hálózati kristályok olvadáspontja

Ahogy fázisátalakulások fordulnak elő. Pontosan mi történik egy olyan anyagra, például olvadó. Úgy tűnik, hogy a kérdés! - a válasz ismert, hogy minden tanuló: már kristály. hozzá foglalta hő vagy hő, elérésekor olvadási hőmérséklete és az olvasztott, kiderült egy folyadék. A válasz természetesen igaz, de - hogy elérje a célt. Ez egy leíró válasz, magyarázza, úgy néz ki, mint egy fázisátalakulás, de nem fejti ki pontosan, hogy ez hogyan történik.

Rendben van. Azt, hogy egy második menet. Crystal - szigorúan rendezett halmazállapot; atomok (vagy molekulák) vannak szabályos rács, különösen nem mozdul sehova, és csak kis mértékben oszcilláló az egyensúlyi helyzet. Folyadék, éppen ellenkezőleg, van egy teljesen rendezetlen halmazállapot; atomok úgy mozognak kaotikusan. Ezért az olvadás következik be, amikor atomok szilárd kezd ingadozni, annyira, hogy képes „megtörni” a helyükről, és elkezdenek járni szabadon a kristályt.

Ez már melegebb, de ez nem elég, amire szüksége van. Amit az imént leírt, ez olyan, mint az elején, és a végén a „történet”. Mint, hogy azért, mert az atomi szinten, mint a kristály, és ezért itt úgy néz ki folyadék. A legérdekesebb része - hiányzik. Még mindig nem válaszolt a kérdésre, hogy a fázisátalakulás felmerül, hogyan olvadás kezdődik. Itt gondolunk: és mégis, sőt, a kezdeti és végső halmazállapot nem világos, hogy ez az átmenet megtörténik, az atomok tudni fogja, hogy már meg kell kezdeni, hogy sétálgatnak a kristályt. Akár atomok bomlanak a helyüket egyénileg vagy csoportosan? És talán, párban? Vajon a pusztítás a megrendelt állam az egész kristály, vagy csak bizonyos helyeken? Vagy talán ez a rendelési elvész nem egyszer, és nem teljesen? És mennyi ideig tart az átalakulás? Ez összevethető egy tipikus időtartam rezgés atom a rács, vagy több is lehet? Egy egész rakás kérdésekre, és kérve őket, már tudjuk, hogy belevetette magát egy teljesen más terület a fizika. A terület, mely vizsgálatok nem csak stabil kezdeti és befejező állapotok a rendszer, hanem úgy is, mint egy eljárás kibontakozó időben, mint egy átmeneti, instabil állapotban helyettesíti egy másik. Ez a terület a fizika hívják kinetika a legtágabb értelemben vett. Tehát minden kérdésünkre kapcsolatos kinetikai fázisátmenetek. az olvadási kinetikája.

Ebben a cikkben mi érdekli különösen az olvadó kétdimenziós kristályok formájában. Egy ilyen megközelítés félreérthető lehet az olvasó: mi van-e különbség a viselkedését az 1-, 2- és 3-dimenziós kristályok? És általában elmondható, ahol láttuk a természetben kétdimenziós kristályok?

Igen, kiderül, van-e különbség, sőt, elengedhetetlen! Az olvadás kétdimenziós kristályok bizonyult annyira érdekes és szokatlan eljárás, hogy a kutatók elkezdték mesterségesen létrehozni egy kétdimenziós kristály (vagy inkább rendszereket úgy viselkednek, mint a kétdimenziós kristály) annak érdekében, hogy teszteljék a jóslatok az elmélet. Azonban mielőtt leírja azt, ismerkedjen a terminológia az „unalmas” egy példa egy hagyományos, háromdimenziós kristály (Miért van ez unalmas például hamarosan tiszta).

A modern fogalmak, az olvadás a rendes, háromdimenziós kristály annyira. Ahogy a hőmérséklet növekszik az amplitúdó a termikus rezgések az atomok megnő, és így fokozott mobilitása az egyes atomok vagy atomcsoportok. Fokozott mobilitása atomok egyre nagyobb a valószínűsége, hogy az atom „ugrás” annak rács helyén. Ennek eredményeként spontán elkezdi megtapasztalni a különböző rácshibasűrűséget. Ezek a hibák lehetnek pont (üresedések és közbeiktatott) keletkező miatt ugrás egy atom, és meghosszabbítható (diszlokációk) miatt erős torzítást csoport atomok. Ez - az úgynevezett pre-olvasztó lépés.

Azonos hőmérsékleten az olvadáspontja hiba koncentrációja elér egy kritikus értéket - az anyag elveszíti szilárdságát, a kristály van szétbontva több kis szigetek, amelyek kezdenek „float”. Amikor további hőt, ezek a szigetek esik szét az egyes atomok - az így kapott folyékony fázisban.

Ez - a minőségi kép. A tudósok azonban már régóta próbált építeni és mennyiségi leírását az olvadási folyamat, azaz megjósolni olvadáspontja elmélet. Az egyik legsikeresebb próbálkozás volt az ötlet által előterjesztett Lindemann 1910. Feltételezzük, hogy az olvadás a kristályrács akkor jelentkezik, amikor a hő oszcilláció indul vezető az ütközés atomok. Most, persze, tudom, hogy az atomok - nem nehéz golyó, így beszélhetünk összecsapásának atomok megfelelően. Az ötletet azonban alapvetően életképesnek. A modern készítményben Lindemann kritérium: olvadás kezdődik, amikor az átlagos amplitúdója a rezgések az atomok elér egy kritikus értéket. A leírás, ez a paraméter megadása Lindemann.

ahol u (0) - vektor helyzetével a kiválasztott atom a kezdeti időben, u (t) - vektor a pozíció az atom a t idő. <.> Ez azt jelzi, átlagosan a teljes rendszer felett (Physics mondta együttese), egy - közötti távolság a rács csomópontok. Attól függően, hogy a rács típusú kritikus paraméter Lindemann is 0,07-0,11. Meg kell lennie az ilyen lengések az atomok a rács összeomlott. Ez könnyen belátható, hogy a folyékony fázisban Lindemann paraméter Start időfüggő: azaz atom az idő múlásával egyre távolabb a kezdeti helyzetbe.

Most kezdődik a móka. Kontraszt, nézzük egydimenziós kristály, ez csak egy végtelen dimenziós atomok láncát köti össze atomok közötti erőkkel. Statisztikus fizika egy ilyen rendszer vezet váratlan eredmény: úgy tűnik, egy ilyen kristály energetikailag kedvező kollektív medve hosszú hullámú rezgések (fonon). Tehát előnyös, hogy minden véges hőmérsékleten fognak samonarozhdatsya: hőenergia az atomi rezgés energia belép a kollektív rezgések. És ha az amplitúdó a kollektív rezgés eléri egy adott pont egy bizonyos kritikus értéket (és ez fog történni előbb vagy utóbb), a kristályok ezen a ponton egyszerűen szétrobban! Figyelje meg, hogyan fontos dimenzióját: az a tény, hogy három dimenzióban vezetne csak egy bizonyos pontig hiba, ebben az esetben jár a törés az egész kristály - elég, hogy szakadjon csak egy linket, de a kristály megsemmisül!

Ebből minőségi képet feltűnő a következtetés: az egyik esetben, bármely véges hőmérsékleten nincs stabil kristályos halmazállapot!