Связь электро - и теплосопротивлений с термической деформацией выше и ниже температур фазовых переходов и инверсии знака ангармонизма решетки (31.08.2009)

Автор: Мурлиева Жарият Хаджиевна

МУРЛИЕВА ЖАРИЯТ ХАДЖИЕВНА

Связь электро - и теплосопротивлений с термической деформацией выше и ниже температур фазовых переходов и инверсии знака ангармонизма решетки

Специальность:

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Махачкала – 2009

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет»

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Палчаев Д.К.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор физико-математических наук, профессор Гуфан Ю.М.

доктор физико-математических наук, профессор Красноперов Е.П.

доктор физико-математических наук,

профессор Попель П.С.

Ведущая организация: Институт металлургии и материаловедения

им. А.А. Байкова РАН

Защита состоится 20 ноября 2009 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.05 по специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния при Южном федеральном университете в здании НИИ физики ЮФУ по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Стачки 194, ауд. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская 148.

Автореферат разослан _____ октября 2009 года.

Отзывы на автореферат, заверенные подписью рецензента и печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета Д212.208.05 при ЮФУ по адресу: 344090 Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194. НИИ физики ЮФУ.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.208.05 при ЮФУ, канд. физ.-мат. наук,

ст. науч. сотр. Гегузина Г.А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Работа направлена на решение проблемы создания феноменологической теории нелинейных неравновесных процессов в конденсированных средах. Нахождение функциональных связей кинетических коэффициентов в уравнениях переноса с термической деформацией, определяемой ангармонизмом колебаний решетки, представляет фундаментальную задачу в рамках указанной проблемы. Теоретическая интерпретация нелинейных эффектов в процессах проводимости тепла и электричества в конденсированных средах востребована практикой. Создание многофункциональных материалов и компонентов электронной техники с заданными эксплуатационными характеристиками, в том числе с искусственным интеллектом, при использовании нанотехнологий, предполагает установление критериев достижения этих свойств на основе детального анализа природы их формирования.

Потоки элементарных электронных и тепловых возбуждений испытывают сопротивление со стороны кристаллической решетки, поэтому обычно рассматриваются температурные зависимости теплосопротивления и электросопротивления, т.е. обратные величины кинетических коэффициентов. Развитие теории рассеяния квазичастиц в конденсированных средах требует установления истинного деформационного потенциала рассеяния с учетом ангармоничности колебаний атомов. Теоретические исследования, как правило, проводятся в рамках линейной термодинамики необратимых процессов. Кроме того, для облегчения процедуры расчетов кинетических коэффициентов принимается ряд упрощений и допущений, в частности, пренебрежение изменением объема тела, т.е. межатомного расстояния с изменением температуры. Истинная же природа явлений переноса такова, что в уравнениях переноса либо необходимо учитывать члены высоких порядков, либо – зависимость кинетических коэффициентов от термодинамических сил.

Интерпретация кинетических параметров, основанная на представлениях о деформационном потенциале решетки, сталкивается с двумя проблемами. Первая связана с невозможностью точной оценки характеристической константы деформационного потенциала и необходимостью привлечения данных косвенных экспериментов, не связанных с явлениями переноса. Вторая - вызвана трудностями учета неупругого характера взаимодействия квазичастиц с тепловыми возбуждениями. Эти проблемы существенно осложняются в веществах, претерпевающих фазовые переходы и инверсию знака коэффициента теплового расширения - термической деформации. В этой связи особую актуальность приобретают экспериментальные исследования кинетических и равновесных свойств и установление корреляций между ними, в том числе между электро - и теплосопротивлением и термической деформацией. Такие исследования раскрывают перспективу выявления связи между параметрами равновесной термодинамики и параметрами термодинамики нелинейных неравновесных процессов. Они позволяют установить определяющие критерии формирования кинетических свойств веществ, в том числе, претерпевающих фазовые переходы, независимо от их структуры, типа межатомной связи и знака термической деформации. Кроме того, указанный феноменологический подход в рамках признанных теорий даст возможность определить роль ангармонизма колебаний решетки в рассеянии элементарных возбуждений на различных подсистемах и эффективно разделять их вклады в обратные значения общих коэффициентов переноса.

Выбор в качестве объектов исследований классических материалов, на которых обычно апробируются соответствующие теории, таких как: никель, ( - латунь, кремний, триглицинсульфат и др. обеспечивает достоверность и обоснованность результатов и утверждений при решении указанных выше проблем.

Цель и задачи работы. Цель работы заключается в исследовании связи электро- и теплосопротивлений с изобарной термической деформацией и установлении роли нарастания эффекта ангармонизма колебаний атомов, в среднем по решетке, при формировании потенциала рассеяния элементарных возбуждений в упорядоченных и неупорядоченных фазах и при инверсии знака тепловой деформации в конденсированных средах.

В процессе выполнения работы решались следующие задачи:

1. Анализ роли эффекта ангармонизма колебаний атомов, в среднем по решетке, при формировании сечения рассеяния квазичастиц тепловыми возбуждениями в конденсированных средах;

2. Разработка методик исследования: 1) электросопротивления и коэффициента теплового расширения (КТР) в одних и тех же условиях, на одних и тех же образцах, претерпевающих фазовые переходы типа ферромагнетик – парамагнетик, атомный порядок – беспорядок, выше и ниже температуры Кюри и Курнакова соответственно; 2) теплосопротивления и КТР диэлектриков, претерпевающих инверсию знака термической деформации;

3. Корреляционный анализ и установление роли эффекта изменения равновесного расстояния между атомами при формировании соответствующих потенциалов рассеяния в широком интервале температур до и после фазового перехода и инверсии знака теплового расширения.

4. Расчет характеристических параметров рассеяния квазичастиц тепловыми возбуждениями в конденсированных средах и установление их особенностей ниже и выше температуры инверсии знака термической деформации. Оценка вкладов в электросопротивление металлов при рассеянии электронов на различных подсистемах в упорядоченной и неупорядоченной фазах на основе эмпирических данных и современных теорий рассеяния.

Научная новизна работы. Впервые с единых позиций исследована связь электро- и теплосопротивлений с относительной термической деформацией выше и ниже температур фазовых переходов типа: ферромагнетик – парамагнетик; атомный порядок – беспорядок и инверсии знака КТР. Корреляционный анализ связи кинетических свойств с термической деформацией осуществлен на основе экспериментальных данных, полученных на одних и тех же образцах в одних и тех же условиях.

К наиболее оригинальным, существенным и впервые полученным научным результатам, представленным в работе, относятся следующие:

1. Установлено, что теплосопротивление неметаллических кристаллов с рыхлой упаковкой связано линейной зависимостью с термической деформацией, как при положительных, так и отрицательных значениях КТР. При инверсии знака термической деформации характеристическое фононное теплосопротивление изменяется скачком. Это указывает на то, что характеристическая сила межатомного взаимодействия приобретает новое значение, когда силы межатомного притяжения (в среднем по решетке) превышают силы отталкивания. Показано, что в рамках модели Дебая вклад фононной составляющей в общее теплосопротивление при отрицательной термической деформации может быть отрицательным.

2. Установлено, что электросопротивление металлов, претерпевающих фазовые переходы второго рода, прямо пропорционально произведению термической деформации на температуру в упорядоченной и неупорядоченной фазах. Показано, что термическая деформация является определяющим параметром, характеризующим рассеяние электронов не только на фононах, но и на колебаниях магнитной подсистемы в ферромагнитных металлах. Получены выражения для расчета характеристических электросопротивлений металлов в упорядоченной и неупорядоченной фазах. Установлена аддитивность характеристического электросопротивления в ферромагнитной фазе, что позволяет эффективно разделять фононный и магнитный вклады в рассеяние электронов по данным термической деформации. Получено простое выражение, описывающее температурную зависимость энергии s–d - обменного взаимодействия в 3d-ферромагнетиках.

3. Установлено, что параметр порядка в материалах, претерпевающих фазовые переходы типа: ферромагнетик – парамагнетик, атомный порядок – беспорядок, однозначно связан с термической деформацией. Получены простые выражения, описывающие температурную зависимость параметров порядка в ферромагнетиках и сплавах типа бета - латуни.

4. Дана новая интерпретация характеристическим параметрам в выражениях, связывающих электро– и теплосопротивления с термической деформацией. Показана связь относительного изменения электросопротивления веществ, плавящихся по типу: металл - металл, полупроводник - металл и полупроводник – полупроводник с относительным изменением объема.


загрузка...