Ионные суперпроводники (твёрдые электролиты). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Ионные суперпроводники (твёрдые электролиты) - вещества, обладающие в твёрдом состоянии высокой ионной проводимостью s, сравнимой с проводимостью жидких электролитов и расплавов солей (10^-1-10^-3 Ом^-1 см^-1). И. с. можно разделить на 2 типа. 1) Ионные кристаллы ,способные находиться в зависимости от температуры в двух состояниях, из к-рых низкотемпературное характеризуется малой проводимостью (диэлектрик или полупроводник), а высокотемпературное - аномально высокой ионной проводимостью (суперионное состояние). Суперионное состояние обнаружено, напр., у Ag₂S, Agl, AgBr, CuBr, Cu₂S, CuCl, RbAg₄I₅, в к-рых мигрирует металлич. катион (рис. 1).

Соединения с большой концентрацией примесных ионов: окисные твёрдые растворы типа МO₂-М''О и МО₂-М'₂O₃, где М-Zr, Hf, Ge; М'-Са, Sr, Ba; М''-S, Y, лантаноиды (носители заряда ионы кислорода О^-); глинозёмы, напр. Na₂O.11A1₂O₃ (b-глинозём, мигрирует Na по плоскостям, лежащим между блоками А1₂O₃) и др. И. с. иногда наз. также стёкла и ионнообменные смолы, обладающие заметной ионной проводимостью благодаря наличию электроактивных добавок. Определяющим свойством кристаллич. И. с. является полная или частичная разупорядоченность подрешётки атомов одного сорта в упорядоченной структуре остальных атомов. Наглядным образом И. с. является жесткокристаллич. каркас (матрица), пропитанный "ионной жидкостью". Для И. с. характерна рыхлость структуры с большим числом свободных позиций для подвижных

Рис. 2. Структура Agl в суперионной фазе (при Т>147 °С). В элементарной ячейке 2 иона проводимости Ag⁺ статистически распределены по 42 разрешённым позициям 3 типов.

ионов. Разрешённые позиции в совокупности образуют одно-, двух- или трёхмерную сетку проводящих каналов (рис. 2). Подвижные ионы могут занимать несколько положений в элементарной ячейке и легко мигрировать между ними и, следовательно, по всей кристаллич. решётке матрицы. Движение ионов проводимости в кристалле является сложным и сочетает в себе колебания ионов в потенциальных ямах и диффузионные перескоки из одного положения равновесия в другое. При этом время осцилляции в потенциальной я.ме и время пролёта над барьером имеют одинаковый порядок. Кроме того, возбуждения системы подвижных ионов сильно связаны с колебаниями матрицы. Фазовый переход из одного состояния в другое сопровождается скачкообразным разупорядочением одной из подрешёток. Др. подрешётка (матрица) может претерпевать при этом структурные изменения, сохраняя, однако, жёсткость. У нек-рых И. с. не найдена диэлектрич. фаза (теоретически допустимо существование И. с., у к-рых одна из подрешёток разупорядочена вплоть до Т=0К). Одновременно с переходом в суперионное состояние наблюдаются аномалии в температурных зависимостях термодинамич. и кинетич. характеристик. Механизмы переноса заряда И. с. многообразны. Проводимость может быть собственной или примесной, чисто ионной, вакансионной или смешанной. Чаще всего она осуществляется ионами малого радиуса элементов первой группы периодич. системы (Н ⁺ , Li ⁺ , Na⁺, Ag⁺ и др.), а также катионами с большим зарядом (Са²⁺, Nd²⁺), анионами (Fe^2-, O^2-), кластерными ионами (NH⁺₄, ОН^-). Катионные проводники более распространены и важны ввиду больших значений о при темп-pax T~300 К. Ионная проводимость И. с. может обладать анизотропией. Для нек-рых И. с. показатель анизотропии достигает 10³-10⁴. Электронная проводимость у них обычно гораздо меньше ионной, хотя у нек-рых И. с. (напр., Ag₂S) она имеет сопоставимое значение.

Рис. 3. Зависимость ионной проводимости s ионных суперпроводников и обычных ионных кристаллов (диэлектриков) от температуры Т.

С высокой ионной проводимостью И. с. связаны большие значения коэф. диффузии D подвижных ионов (D~10^-5 см²/с) в сравнении с D~10^-8см²/с для обычных твёрдых тел вблизи температуры плавления. Проводимость и диффузия И. с. имеют термоактивационный характер:

Здесь E_s~ E_D~0,1 эВ - энергия активации, на порядок величины меньшая энергии образования дефектов в обычных ионных кристаллах. На рис. 3 приведены зависимости s(T) для И. с. в сравнении s(Т) диэлектриков; видно резкое различие в величинах s и E_s (наклон кривых). Ионная проводимость определяет электрич. свойства И. с. до частот порядка 10¹² Гц. В области оптич. частот И. с. ведут себя как полупроводники или диэлектрики. И. с. используются при создании источников тока (батарей, аккумуляторов, топливных элементов), конденсаторов (ионистеров) с большой уд. ёмкостью, в выпрямляющих устройствах, реле времени, при конструировании разнообразных датчиков и т. д.

Литература по ионным суперпроводникам (твёрдым электролитам)

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.