қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
592
593
(мұндағы
Ν – бөлшектер саны). Қатты дененің температурасы төмендегенде
дененің энергиясы тез кемиді (азаяды). Бұл жайт қатты денелердің энергетикалық
спектрінің дискретті (кванттық) сипаты Т→0 К (температура нөлге ұмтылғанда)
қозғалыстардың «қатуына» әкеп соқтырады. Деңгейлер арасындағы айырым
қаншалықты үлкен болса, қозғалысқа сәйкес келетін жоғары температура да
соншалықты «қататын» болады. Осының салдарынан қатты денелердегі әралуан
қозғалыстар әртүрлі температураларда маңызды болады.
3) Қатты денелерді құраушы бөлшектер арасында әсер етуші әрқилы күштер
кристалдардағы белгілі бір жағдайлар кезінде газдардың, сұйықтардың және
плазманың қасиеттерінің пайда болуына әкеп соқтырады. Мысалы,
металды
электрондық сұйыққа матырылған иондық қаңқа ретінде қарастыруға бола-
ды; Т>>
Т
с
(температура Кюри температурасынан артық болғанда) болған кезде фер-
ромагнетик өзін магниттік тілдің газы ретінде (қатты парамагнетиктің
магниттік
алғырлығы газ тәрізді температуралық тәуелділікте болады); жоғары жиілікті
электрмагниттік өрістің әсерінен металдардың және жартылайөткізгіштердің
электрондық газы плазма тәрізді болады.
4) Қатты денелердің атомдық бөлшектерінің қозғалыстары саналуан, осы
саналуандық қатты денелердің қасиеттерінің әрқилы болуына себепші болған.
Атомдық бөлшектердің массаларының әрқилылығының маңызы бар. Себебі,
иондар электрондардан мыңдаған есе ауыр, қатты денелердегі иондардың қозға-
лыс жылдамдықтары электрондардың жылдамдықтарымен салыстырғанда аз.
5) Қатты денелердегі атомдық бөлшектердің бүкіл қозғалысын төрт типке
топтауға болады. a) Атомдардың меншікті немесе өзге текті диффузиялары. б)
Ерекше жағдайларда, мысалы, қысым түскен қатты гелийде (Н
е
) атомдардың тепе-
теңдігі бір қалыптан екінші қалыпқа
туннелдік «сүзілуі» мүмкін.
в) Қатты дене-
лерде атомдық масштабтағы бөлшектердің
ортақтастырылған қозғалыстары бо-
лады, мысалы, кристалдық торлардың тербелістері. Қарапайым қозғалыс – белгілі
бір толқындық векторлық және оған сәйкес жиілікті толқын. г) Көптеген металдар
төменгі температуралар кезінде (Т=0 К температура маңында) асқынөткізгіштік
күйге ауысады. Электрондар асқынөткізгіштерде өзінің
табиғаты бойынша
кванттық, бірақ масштабы бойынша макроскоптық қозғалыс жасайды.
6) Қатты денелердің әртүрлі құбылыстарын және қасиеттерін сипаттау
үшін квазибөлшектердің кванттық газдары туралы түсінік пайдаланылған.
Мысалы, кристалдық торлардың атомдарының жылулық қозғалысы фонон-
дар газы, электрөткізгіштік –
өткізгіштік электрондар газы және
кемтіктер
арқылы сипатталады. Металдардың және жартылайөткізгіштердің
электрлік
қ
58
∑
ҚАБАТ – ҚЫСЫМ
592
593
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
