Я.И. Френкель - Кинетическая теория жидкостей (1108150), страница 125
Текст из файла (страница 125)
Такая точка зрения, исСвивеввс, выест право яа существо»аякс (св. якжсд мерностей поглощения света кристаллами), есть яе движение электровоз внутри одной молекулы, а движение алектрояов всего кристалла. Воз- можность проследить генезис такого движения позволяет связать харак'- те ст ки экситоиа с характеристиками отдельных молекул крист»лла и с параметрамп, оцисывакяцими их взаимодействие. Хочется подчеркнуть етце раз несводимость, яеупрощаемость»кси- тона. Оп представляет собой элементарное возбуждение в самом истин- иом смысле эт ле этого весьма сложного тюяятия.
Зная электронную струк- туру молекул, е ул, составляющих кристалл характер взаимодействия моле" 1 с угом мы мои«ем довольно подробяо описать те движсзия, зб еи. иа которых «снладывается» акситов: движение электронов в во уждеи. яои молекуле, р езонаясяая передача возбуждения от одной молекулы к той и т. д.
Однако пи одно из втих, кааалось бы, более элем«агар" к друго и т. д. дяа о яых движений яе осуществляется в кристалле изолир оваяяо, Только именно та комбинация, которая и есть акситои, разрешена и со«тает' ствует квазистациояарвому состоянию кристалла (врем я жизни такого состояния т )) й/«, где а — аяергия акситоиа а). Элементарность экситояа проявляется в том, что его р эпе гия — едко мп лье частзцЫ зиа я чная функция квазиимпульса (вектора, аналогичного и у.
у чесной сзстсмЫ в пустом пространстве). Такие возбуждения макроскопи а яый,одпочастич- сейчас принято называть одяочастичиыми. Элемевтаря " ( иый) характер движения акситоиа проявляется в прави., п авилах отбора пр»т лощеяии фотона, формулируемых кан закон сохранения импульса пот элементарного Т и образом экситоя Френкеля — первыи пример ак м 1 и альяо кваатсвое воабуждеяия (квазичастицы), описыватощего принципиал яо ать классически вижеиие в кристалле. Можно, конечно, пытаться создав дв ческое значением логик (опи несомненно, имеют важное педагогич аиа У ического длвже- ио по существу экситои яе есть кваятовыи аналог класс « яия (как фотон или фояон) — он квантов по самой сути. А е ал квазичастиц, используемыи квантовой т ео 1ией твсрдого "с в азличкых кззэ тела, очеп а очень велик и многообразен. Описание своиств р, с " тео яи твсррог го и есть не что иное, как изложение дияамической р частиц е оскопив, »»дач тела.
За последние годы развилась своеобразная спектр которой заключается в расшифровке спектра квазичастиц твердях те различной природы (изоляторов-диэлектриков, металлов, полуярсио ников, магиетиков, сверхпроводвиков и т. и.). Разиообразяейпше (электрические, магнитные, высок очастоткы . едоыми, Их иссл др.) свойства тел оказались структурно чувствителья ас ~ст»р»ысяв » Отметим, что Я. И. Фрввкелю (2 — 3) ярявядлеястт версия ряс жяяяк»ксвтсва.
Эксвтсв «аысвечяяастся», рс дая ж „ноны, — »вертая вся»ратко переходит в тепло. Работы (2 — 3) так в казы»»ются: « ре»р с тсялс а твердых телах». Приап»««яия Эа«игпи гид«яка*я — к«а«ичаагияа ,.какие позволяет однозначно расшифровать аакоп дисперсии (зависимость энергии от квазиимпульса) тех квазичастиц, которые ответствезпы за то или иное свойство твердого тела.
Важяую роль в расшифровке спектра играет неупругое рассеяние нейтронов, так как изменение энергии и импульса рассеянного нейтрона, как правило, происходит благодаря «рождешпо» элементарного возбуждения кристалла — квазичастицы. Спектры многих твердых тел известны сейчас не хуже, чем спектры атомов и молекул, из которых они состоят. Хотя квазичастиц, как и типов движений в твердых телах, очень '»шого, они допускают сравнительно простую классификацию. Как и 'обычные частицы, оки по своим свойствам могут быть отнесены либо ,к боэокам, либо к фермиопам.
Бозопов в природе, по-видимому, значительно «больше», чем фермионов. Квазичастица, соответствующая любому 'классическому колебательному процессу в твердом теле, есть бозоп. Вот песколько примеров: колэбаввя атомов (молекул) — а фонов; кол»банкя магнитных моментов фарра-, фвррв- в аитвфгрроиагнетвков †»яагнов; колебания электронного гаэв з проводниках †» пяаэион в т. д. Большинство квазичастиц, подчиняющихся фермиевской статистике, связано с переносом заряда. Электроны и «дырки» полупроводников„ электроны проводимости металлов, нормальные электроны в сверхпроводнике, поляроны и флуктуокы — вот короткий, по довольно полный перечень квазичастиц-фермионов.
Во всех перечисленных случаях квази- частица имеет элементарный электропный заряд е, и в этом смысле квазичастицы-фермионы ближе к реальным частицам, чем квазичастицыбозоны. Квазичастицы в ряде случаев являются строительным материалом более сложяых динамических конструкций в кристаллах. Так, электрон проводимости и «дырка» в полупроводнике образуют водородоподобный . (точнее, позитропиевоподобпый) атом, экситон Мотта, а два электрона ' в'сверхпроводяике — квазимолекулу, куперовскую пару.
Энергетическая структура сверхпроводнпка представляет собой иятерескейший конгломерат свойств ферми- и бозе-возбуждений: электроны проводимости (фермионы) из узкого слон вблизи поверхности Ферми образуют бозе- частицы (куперовские пары), которые, однако, существуют только в бозепондепсате,а а элементарные возбуждепия «пад» бозе-кондексатом— фермионы (электрояы проводимости), результат разрыва пар за счет тэплового движения... * Суит»от»о»авве «частиц» о зарядом, равным 2«, вполне реально. Кээнтовавво »вппзтного потока пока»пэа«т, что ток в сэерхвроэодввке переносятся чаотвцаив ,с удвоенным зарядом (яэавт магвэтяого зотова рээея Ьс/2«).
Фазовые переходы в твердых телах сопровождаются перестройкой энергетического спектра кристаллов, что, естественно, проявляется в язмепепяи динамических свойств (закопов дисперсии) квазичастиц. Макроскопические ансамбли квазичастиц иногда живут своей независимой от кристалла жизнью. В кристаллах «дуют» фононные и электроя пыо «ветры», увлекая за собой тяжелые частицы. В системе экситопов полупроводника может произойти переход в металлическое состояние— металлизация акситовов,* вксптояы собираются в капли, а параметрически возбужденные магпояы ферромагяетика образуют связаяпую систему, аналогичную сверхтекучей. И все же пе любые движения в конденсированных системах могут быть описаны в терминах квазичастиц Хотя, как правило, в том элементарном движении, которое мы называем квазичастицей, принимают участие все атомы (молекулы, электроны) твердого тела, оно все же микроскопичпо: энергия и импульс каждой квазичастицы атомного маспттаба, а наблюдаемые макроскопические эффекты создаются коллективом кваэичастиц, каждая иа которых движется по существу независимо от других.
Число квазичастиц пропорционально числу атомов в теле. Лтомы (электроны) конденсированного вещества могут участвовать в движениях совершенно другой природы — макроскопических по своей сути и в то же время не теряющих своих квантовых свойств. Отличительной чертой таких движений является когерентность движения участвующих в пих атомов (алектропов). Наиболее яркие примеры таких движений — прохождение тока через сверхпроводник без сопротивления и сверхтекучее движение гелия. Заметим, что возможность существовапия яеаатухающих когерентпых движений «обеспечивается» определенным свойством квазичастиц. Когерепткое движение не затухает только в случае, если скорость всех да квазичастиц отлична от нуля (о„=шрл — +О).
Тогда, если скорость когерептпого движения мепыпе о, то диссипация отсутствует (критерии Ландау), так как законы сохрайения энергии и импульса запрещают «распад» когереятпого движения па элементарные возбуждения (когерентное движение не порождает квазичастиц). Б приложении к сверхпроводимости и к сверхтекучести выполнение критерия Ландау обеспечивается существованием щели в спектре сверхпроводпика и конечностью скорости фокона при пулевом импульсе. Заметим, что экситоппый спектр обладает щелью, благодаря чему бозе-конденсат экситопов должен быть сверхтекучим. а В. Ф. Гантмахер, В. Б.
Зээреэ яа эксвтонвом металле, абра»о»»внок лучом ла»эра ва вовэрхвости Ое, наблюдали осцвяяяцвв Шубвзкоэа — Де Газ»'— спорное докаэатэя»атно мэтаялвчесного состоявяя проводящего гапура. 77риксееекик Эксиеск Френкела — кеееичастича Анализируя процесс диффузионного перемещения атомов в твердых телах И ), Я. И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
