Кристаллизационные волны - слабо затухающие колебания границы раздела квантовый кристалл - сверхтекучая
квантовая жидкость, обусловленные периодич. плавлением и кристаллизацией. К.
в., распространяющиеся вдоль границы раздела, экспериментально наблюдались в
4Не. Механизм возникновения К. в. состоит в следующем: в равновесии
квантовый кристалл имеет определ. форму, обеспечивающую минимум свободной энергии
его поверхности; любое отклонение формы кристалла от равновесной приводит к
увеличению поверхностной энергии. Поэтому любая неравновесная форма кристалла
будет изменяться за счёт кристаллизации или плавления так, чтобы поверхностная
энергия уменьшалась. С др. стороны, вследствие разности плотностей двух фаз
рост и плавление кристалла вызывают движение жидкости, т. е. увеличение кине-тич.
энергии системы. В результате поверхность будет испытывать слабо затухающие
колебания, во многом сходные с обычными капиллярными волнами на границе раздела
жидкости и газа (см. Капиллярные явления ).В частности, К. в. характеризуются
таким же, как и капиллярные волны, законом дисперсии: 
(
- частота колебаний,
k - волновой вектор). Отличие состоит в том, что в случае К. в. движение
границы целиком обусловлено периодич. плавлением и кристаллизацией, а в объёме
кристалл остаётся неподвижным и недеформированным. Это свойство позволяет также
отличить К. в. от упругих поверхностных волн.
Для существования К. в.
необходимо, чтобы полная диссипация энергии, сопровождающая кристаллизацию и
плавление, была достаточно мала. В обычных классич. кристаллах это условие не
выполняется, и процесс установления равновесной формы носит апериодич. характер.
В случае границы сверхтекучая квантовая жидкость - квантовый кристалл (поверхность
кристалла 4Не) возникновение К. в. оказывается возможным, если темп-pa
Т достаточно низка (гораздо ниже 
-точки) и если поверхность кристалла находится в особом квантово-шероховатом
состоянии, являющемся квантовым аналогом классич. атомно-шероховатого состояния
(см. Кристаллизация).
Квантово-шероховатое состояние
(как и классическое) характеризуется большим кол-вом термодинамически равновесных
дефектов поверхности (ступеней и изломов на ступенях). Основное отличие состоит
в том, что в квантовом случае изломы на ступенях ведут себя как квазичастицы
(см. Дефектон), т.е. их движение, а следовательно и движение самих ступеней,
практически не сопровождается диссипацией энергии. Поэтому рост и плавление
кристалла с квантово-шероховатой поверхностью, обусловленные, как и в классическом
случае, именно движением изломов и ступеней, могут происходить практически бездиссипа8тивно.
Кристаллизационная волна
на поверхности кристалла 4Не при Т = 0,5К, возникшая в результате
удара по наружной стенке криостата.
Бездиссипативность означает,
что кристалл может расти и плавиться с весьма большими скоростями уже при ничтожных
внеш. воздействиях. Так, кристаллы 4Не размером 
1
см с квантово-шероховатой поверхностью при T<1 К принимают равновесную форму
в поле тяжести за времена 
1
с. При этом поверхность кристалла
имеет вид выпуклого мениска, сходного с мениском, к-рый образует поверхность
жидкости, плохо смачивающей стенки сосуда. К. в. на такой поверхности (как и
обычные капиллярные волны) могут быть возбуждены либо с помощью переменного
электрического поля, либо при механич. вибрациях прибора (рис.).
Поверхность кристалла 4Не
при низких темп-pax в зависимости от её ориентации относительно осей кристалла
может находиться либо в квантово-шероховатом, либо в классич. атомно-гладком
состоянии. Атомногладкая поверхность не обладает свойством бездиссипативной
кристаллизации; соответственно К. в. па таких поверхностях не могут существовать.
Согласно теории, К. в. могут существовать, кроме 4Не, также и в 3Не,
однако лишь при Т
1
мК, при к-рых жидкий 3Не становится сверхтекучим, а твёрдый 3Не
- антиферромагнитным.
К. в.- одно из проявлений квантовых законов на макроскопич. уровне - для конденсиров. тела как целого.
А. Я. Паршин
|
|
 |
