к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Твёрдые растворы

Твёрдые растворы - твердотельные двух- или многокомпонентные однородные системы переменного состава (напр., типа АxB1- x), в к-рых атомы или ионы компонентов, смешиваясь в разл. соотношениях (0<=х<=1), образуют общую кристаллич. решётку, характерную для одного из компонентов. Системы, в состав к-рых -входят изоструктурные компоненты, как правило, образуют из-за неогранич. растворимости непрерывный ряд Т. р. Величина х в этом случае не лимитирована (непрерывные, или неограниченные, Т. р.). Область существования т. н. ограниченных Т. р. (растворимость ограничена) на диаграмме состояния имеет пределы по концентрации, зависящие от температуры Т.

5009-15.jpg

Рис. 1. Схемы расположения атомов в твёрдых растворах: а -чистый элемент А; б - твёрдый раствор замещения элемента В в элементе А; в- химическое соединение АВ; г - твёрдый раствор замещения химического соединения АС в химическом соединении АВ; д - твёрдый раствор внедрения элемента D в элементе А; е - твёрдый раствор вычитания на базе химического соединения АВ, 5009-16.jpg-А; 5009-17.jpg-В; 5009-18.jpg-С; 5009-19.jpg-D.

Различают Т. р. замещения, внедрения и вычитания (рис. 1). В Т. р. з а м е щ е н и я на основе кристаллич. решётки хим. элемента (металла) А атомы элемента В замещают часть атомов сорта А; в Т. р. замещения соединения АС в соединении АВ атомы или ионы сорта С замещают атомы или ионы сорта В (замещение происходит в В-подрешётке кристаллич. решётки). При образовании Т. р. замещения число атомов или ионов в элементарной ячейке остаётся постоянным.

В Т. р. в н е д р е н и я атомы сорта D располагаются в междоузлиях кристаллич. решётки металла А, при этом число атомов в элементарной ячейке увеличивается. Для образования Т. р. внедрения необходимо, чтобы различие атомных размеров компонентов было достаточно велико.

В Т. р. в ы ч и т а н и я на основе соединения АВ часть атомов или ионов сорта В отсутствует (возникают вакансии в В-подрешётке), число атомов в элементарной ячейке меньше, чем у исходного соединения стехиометрич. состава. Возможно одновременное сочетание 2 видов Т. р. (напр., Т. р. внедрения атомов D в Т. р. замещения атомов В в кристаллич. решётке, образованной атомами А). Линейная зависимость межатомных расстояний от x в Т. р. (з а к о н В е г а р д а, L. Vegard) выполняется в немногих случаях; отклонения от закона Вегарда связаны с отличиями упругих, электронных, магнитных и др. свойств компонентов Т. р.

В Т. р. возможно разл. упорядочение в расположении атомов или ионов; в неупорядоченных Т. р. замещения атомы разного сорта произвольно распределены в узлах кристаллич. решётки, т. е. отсутствует дальний и ближний порядок .В Т. р. замещения с ближним порядком есть корреляция в расположении атомов разного сорта в области с конечным радиусом. В Т. р. внедрения атомы одного компонента С образуют регулярную кристаллич. решётку, атомы др. сорта беспорядочно распределены в междоузлиях этой решётки. В упорядоченном Т. р. атомы компонентов образуют несколько вставленных друг в друга кристаллич. подрешёток.

Для двухкомпонентных Т. р. замещения параметр дальнего порядка

5009-20.jpg

где р - доля атомов или ионов сорта А, занимающих "свои" позиции в кристаллич. решётке; q - доля тех же атомов или ионов в "чужих" позициях. Параметром ближнего порядка в неупорядоченных Т. р. служит величина

5009-21.jpg

где NABi- число атомов или ионов сорта В на i-й коор-динац. сфере атома сорта A, Ni - общее число атомов на i-й координац. сфере, сB - концентрация (атомная доля) атомов сорта В в Т. р. При таком определении ai для разноимённых ближайших соседей ai<0 (ближнее упорядочение), для одноимённых - ai>0 (локальное расслоение Т. р., или с е г р е г а ц и я); знаки ai для последующих координац. сфер сложным образом зависят от характера упорядочения. При полном отсутствии ближнего порядка все ai= 0.

В нек-рых случаях - при закалке ограниченных Т. р. от высоких температур, при бездиффузионных полиморфных превращениях в Т. р. (см. Полиморфизм ),при облучении и т. п.- образуется п е р е с ы щ е н н ы й Т. р. Его распад происходит путём образования зародышей выделяющейся из Т. р. фазы или путём бездиффузионного образования двух Т. р. разл. состава (с п и н о д а л ь н ы й р а с п а д), при к-ром возникает т. н. м о д у л и р о в а н н а я с т р у к т у р а. Установлено протекание фазовых переходов 2-го рода при упорядочении твёрдых растворов стехиометрич. составов (напр., в системах Сu-Ag, Сu-Zn и др.).

Физ. свойства Т. р. зависят от их состава и характера упорядочения. Для неупорядоченных металлич. Т. р. внедрения сопротивление р и коэф. теплопроводности к меняются с составом монотонно (при невысоких концентрациях 2-го компонента справедливо Маттиссена правило). В упорядоченных Т. р. на зависимостях r и x от концентрации х компонентов наблюдаются особенности при составах АВ, АВ2, АВ3 и т. п., соответствующих определ. типам упорядоченного расположения атомов - сверхструктурам (рис. 2). Изменение сечения рассеяния электронов при установлении или разрушении ближнего порядка приводит к изменениям температурных зависимостей сопротивления, магнетосопротивления и т. п. В большом числе металлических, оксидных и др. Т. р, реализуется сверхпроводимость, почти все они являются сверхпроводниками 2-го рода.


5009-22.jpg

Рис. 2. Зависимость удельного сопротивления r твёрдых растворов замещения Аu - Сu от содержания Аu для неупорядоченных (1) и упорядоченных (2) твёрдых растворов. ( ат.)

В разбавленных Т. р. переходных и редкоземельных металлов (Mn, Fe, Cr, Co, Y и др.) в Au, Ag, Си при низких темп-pax наблюдается минимум на зависимостях r(Т), обусловленный косвенным обменным взаимодействием между спинами примесных атомов через электроны проводимости Au, Ag, Сu.

Взаимодействие спинов хаотически распределённых магн. атомов приводит к образованию состояния, называемого спиновым стеклом. Для спиновых стёкол характерны отсутствие спонтанной намагниченности, максимум магн. восприимчивости при температуре замерзания Tf, м а гн и т н а я в я з к о с т ь (аномально большое время установления магн. равновесия), линейная зависимость теплоёмкости от температуры при T<<Tf. В состоянии спинового стекла могут находиться не только металлические, но и диэлектрические Т. р. На рис. 3 представлена магн. х-T-диаграмма состояния системы ферримагн. оксидов Li0,5Fe2,5-xGaxO4, на к-рой в широком диапазоне концентраций (х)и температур реализуются области существования парамагнитного (ПМ), ферримагнитного (ФМ) состояний, а также области существования спинового стекла (СС) и ферримагн. спинового стекла (ФСС). В Т. р. реализуются ферро-, антиферро- и ферримагн. состояния с разл. магн. структурами; макроскопич. магн. свойства Т. р. изменяются в широких пределах.

5009-23.jpg

Рис. 3. Диаграмма магнитных состояний твёрдых растворов замещения в системе Li0,5Fe2,5-xGaxO4 (l,5<x<2,0): 1- линия точек Кюри (ТC ); 2, 3- линии Тf, 4 - линия фазовых переходов спиновое стекло-ферримагнитное спиновое стекло.



Свойства Т. р. на основе собств. полупроводников чувствительны к характеру и концентрации примесей замещения. При введении примесей с валентностью, большей валентности осн. атомов решётки (доноров), концентрация электронов превышает концентрацию дырок и полупроводник имеет проводимость n-типа (напр., Т. p. As в Ge). В противоположном случае введения акцепторов полупроводник имеет проводимость p-типа (Т. p. Al в Si).

Отличие механич. свойств Т. р. от свойств чистых металлов заключается в повышении прочности в результате изменения дислокационной структуры и включения разл. механизмов взаимодействия дислокаций с растворёнными атомами (см. Дислокация ).Возможны 2 механизма взаимодействия дислокаций с примесными атомами: закрепление (блокирование) неподвижных дислокаций и возникновение трения при движении дислокаций. Изменение механич. свойств имеет место при отрыве движущихся дислокаций от атмосферы примесей (см. Сплавы ).Наличие дальнего и ближнего порядка в Т. р. приводит к дополнит. упрочнению.

Литература по твёрдым растворам

  1. Сивертсен Д. М., Никольсон М. Е., Структура и свойства твердых растворов, пер. с англ., М., 1964;
  2. Физическое металловедение, пер. с англ., 3 изд., т. 1-3, М., 1987;
  3. Хачатурян А. Г., Теория фазовых превращений и структура твердых растворов, М., 1974;
  4. Иверонова В. И., Кацнельсон А. А., Ближний порядок в твердых растворах, М., 1977;
  5. Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Физика металлов, М., 1978;
  6. Эренрейх Г., Шварц Л., Электронная структура сплавов, пер. с англ., М., 1979;
  7. Пасынков В. В., Сорокин В. С., Материалы электронной техники, 2 изд., М., 1986;
  8. Финкель В. А., Структура сверхпроводящих соединений, М., 1983;
  9. Ефимова Н. Н., Попков Ю. А., Ткаченко Н. В., Фазовый переход парамагнетик - спиновое стекло в разбавленных ферримагнитных окислах, "ЖЭТФ", 1990, т. 97, в. 4, с. 1208.

В. А. Финкель

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution