Квантовая диффузия - диффузия частиц или точечных дефектов (вакансий, примесных и междоузельных атомов) в твёрдых телах, обусловленная подбарьерными когерентными туннельными переходами. Обычная диффузия точечных дефектов происходит в результате надбарьерных термоактивац. переходов через потенц. барьеры, разделяющие равновесные положения частиц или дефектов в кристаллич. решётке; при этом коэф. диффузии экспоненциально убывает с понижением температуры Т и подчиняется закону Аррениуса. В случае К. д. экспоненциальные температурные множители отсутствуют и могут возникнуть степенные температурные зависимости коэф. К. д. DKB. К. д. наблюдается в квантовых кристаллах. Квазиклассич. вероятность подбарьерного туннелирования (см. Туннельный эффект) w~ехр(-1/L). Показатель экспоненты определяется отношением амплитуды нулевых колебаний а0 частиц к межатомному расстоянию а : L ~ (h/а) (Em)-1/2~а20/а2 - т. н. параметр Де Бура, E - энергия частиц массы m. Скорость туннелирования частиц v ~ wh/ma, туннельная частота w0 = wh/та2. Заметная вероятность туннелирования точечных дефектов, приводящая к большой величине DKB, означает квантовую делокализацию точечных дефектов в квантовых кристаллах. Эти делокализованные дефекты (вакансион, дефектон, примесон) по своим свойствам аналогичны др. квазичастицам в твёрдых телах, причём для них ширина энергетич. зоны D~hw0~wh/ma2. Коэф. DKB ~ vl ~ (Da/h)l дефектонов определяется длиной их свободного пробега l, к-рая ограничена либо их столкновениями с др. квазичастицами или структурными дефектами кристалла, либо взаимодействием дефектонов друг с другом. При рассеянии на фононах могут наблюдаться аномальные температурные зависимости DKB: напр., при понижении Т величина DKB может даже возрастать ~ Т-9. Др. особенность К. д., связанная с малой величиной D,- высокая чувствительность к степени однородности кристалла, внеш. сила F приводит к локализации дефектона на размерах порядка D/F. Т. к. точечные дефекты - источники медленно спадающих с ростом расстояния внутр. напряжений, то даже при сравнительно малой концентрации узкозонных дефектонов взаимодействие между ними приводит к "запиранию" К. д. К. д. наблюдается для лёгких примесных частиц (атомов Н или мюонов) в металлах, а также для разл. точечных дефектов в гелии твёрдом (вакансий, изотопич. примесей, перегибов на дислокациях, дефектов поверхности). В последнем случае К. д. существенна для объяснения кристаллизационных волн. Для нек-рых точечных дефектов К. д. происходит только вдоль определ. осей или плоскостей кристалла, а диффузия вдоль остальных направлений является чисто классической. К. д. приводит также к особенностям внутр. трения в квантовых кристаллах. Наиб. подробно К. д. изучена для примеси 3Не в кристаллах 4Не. Обнаружены возрастание Dкв с понижением Т, не зависящий от температуры режим (Dкв задаётся только концентрацией 3Не), режим "запирания" К. д. (примесоны 3Не локализованы вследствие сильного в масштабах D взаимодействия).
A. Э. Мейерович
|
|
 |
