қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
568
569
кедергілері өткізгіштік электрондардың шашырауынан және фонондардағы
кемтіктерден, торлардағы ақаулардан туындаған. Барлық квазибөлшектері (ең
алдымен фонондар) жылу тасиды.
7) Қатты денелердегі атомдық бөлшектердің бүкіл
еркіндік дәрежелерін
көпшілік жағдайда
екі топқа ажыратуға болады. Бұлардың біреуінде олардың
өзараәсерлесу энергиясы (U) температурамен (Т) салыстырғанда аз, ал
екіншілерінде үлкен болады. Егер U<<kТ болса, онда сәйкес келетін еркіндік
дәрежесі газ бөлшектерінің жиынтығы
ретінде білінеді, ал егер U>>kТ бол-
са, онда сәйкес болатын еркіндік
дәрежесі реттелетін болады, олардың
қозғалысы бірімен-бірі әлсіз әсерлесетін
квазибөлшектердің жүйесімен сипат-
талады. Сондықтан осы екі шектік
жағдайда да «газдық жуықтау» тура
болады.
Қатты денелердегі атом ядроларының
маңызы дененің бүкіл массасының
шоғырлануымен бітпейді. Егер ядроның магниттік моменті болса, бұл денелердегі
көпшілік қозғалыстардың Т→0 К кезендегі «қатаюы» ядролық магниттік
деңгейлердің қосқан үлесін анықтау мүмкін болады. Жеткілікті төменгі темпера-
турада әлгілердің
парамагниттік алғырлыққа қосқан үлестері елеулі болады.
Ядролық магниттік деңгейлер электрмагниттік энергияны резонанстық жұтуда
белгілі болады (ядролық магниттік резонанс). Ядролық магниттік резонанс қатты
денелерді зерттеудің кең таралған әдістерінің бірі, себебі ядролық магниттік
деңгейлердің құрылымы ядроның айналасындағылардың қасиеттеріне, дербес
жағдайда атомның
электрондық қабықшаларына елеулі тәуелділікте болады.
Қатты денелердегі көптеген ядролық үрдістер (процестер) ерекше қасиетке ие
болады, оларды қатты денелерді зерттеу үшін пайдалануға болады; мысалы,
электрондық-позитрондық аннигиляция қатты денелердің электрондық
жүйелерін зерттеуге мүмкіндік береді. Атомдардың реттеліп орналасуы атомның
шапшаң қозғалатын бөлшектерінің энергия беруіне едәуір әсерін тигізген. Мы-
салы, шапшаң бөлшектердің еркін жол ұзындығының зарядты бөлшектердің
кристаллграфиялық өстеріне қатысты бағыттарына кенеттен тәуелді болуы
байқалады. Екінші жағынан қатты денелерді шапшаң бөлшектермен және фотон-
дармен сәулелеу қатты денелердің қасиеттерін өзгертеді.
Рубин кристалындағы Сr3+ (хром) ионды
энергиялар деңгейлері
қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
568
569
ҚАТТЫДЕНЕЛІ ЛАЗЕРЛЕР – активті заттар құрамында сирек кездесетін
немесе ауыспалы элементтердің иондары болатын диэлектриктік кристалдар мен
әйнектер болып табылатын, энергетикалық деңгейлері толымдылық инверсия-
ларды жасау үшін пайдаланылатын оптикалық кванттық генераторлар (лазерлер).
Жартылайөткізгіштік лазерлер де қаттыденелі лазерлерге жатады, олар ерекше
топ құрайды, себебі оларда «жұмыстық» иондар арасындағы ауысулар кванттық
емес, жартылайөткізгіштердің рұқсат етілген энергетикалық зоналар арасындағы
кванттық ауысулар болады. Қаттыденелі лазерлер іргелі ғылыми зерттеулерде,
өнеркәсіпте және медицинада қолданыс тапқан. Бұл лазерлердің меншікті энергия-
сы мен сәуле тудыру импульсінің қуаты жоғары, оның себебі активті бөлшектердің
шоғырлануы өте жоғары болады.
1960 жылы американ физигі Теодор
Мейман (1927 – 2007) рубиндік лазерді
жасаған.
Рубин Cr
3+
(хром) қоспалы Al
2
O
3
кордидтың кристалы көк және жасыл спектр
аймағына сәйкес болатын жарықты жұтып, Cr
3+
(хром) иондары негізгі Ɛ
1
деңгейден
екі кең (1 және 2) жолақты түзетін қоздырылған Ɛ
3
деңгейге ауысады (сызбаға
қараңыз). Содан соң салыстырмалы аз уақытта (~10
-8
сек) осы иондар Ɛ
2
және Ɛ
'
2
метатұрақты деңгейлерге сәуле шығарусыз ауысу жүзеге асырылады. Сол себепті
артық энергия кристалдық торлардың тербелістеріне беріледі Cr
3+
(хромның) Ɛ
'
2
және
Ɛ
2
деңгейлеріндегі «өмір сүру» уақыты 10
-3
сек. Кристалды спектрдің көк
және жасыл аймақтарына (толтыру жолағына) сәйкес болатын жарықпен сәулелеген
кезде, Cr
3+
(хром) иондары Ɛ
2
және Ɛ
'
2
деңгейлерінде «жинақталатын» болады, ал
толтырудың жеткілікті қуаты кезінде
Ɛ
1
деңгейіне қатысты толымдылық инверсия
пайда болады. Инверсия тудыру үшін иондардың 1/2 үлесінен көп бөлігін
Ɛ
2
, Ɛ
'
2
деңгейлерге 10
-3
cек уақытта ауыстыру қажет. Әдетте толтыру көзі – импульстік
ксенон шамдары болып табылады. (Импульс ұзақтығы ~10
-3
сек). Осы уақыт
аралығында кристалдың әрбір см
3
(куб сантиметрінде) бірнеше ~Дж энергия
жұтылады. Егер толымдылық инверсия табалдырықтық мәндерге жететін болса,
еріксіз сәуле шығару есебінен күшею резонатордағы энергия шығынынан артатын
болса, онда генерация (сәуле шығару режимі пайда болады). Рубиндік лазер ~0,7
мкм толқын ұзындықты сәуле шығарады.
Лазерлік импульс энергиясының толтыру шамдарының қоректендірудің
электр энергиясына қатынасы – рубиндік қатты денелі лазердің пайдалы әсер
коэффициенті (пәк) (бірнеше %) аз, оның себебі электр энергиясын шамдарда
және қоректендіру сұлбаларында жарыққа түрлендірудегі, шамдардың активті
бөліктерінің шамның сәулелерін толық жұтпауынан (15%) және активті затта
