Модель Френкеля-Конторовой

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Солитон или дислокация Френкеля-Конторовой(ФК) — это модель особого рода дефекта в кристаллической структуре твёрдого тела. Была разработана Френкелем и Конторовой в 1930-х гг.

Предельный случай дислокации — это «дырка» в кристаллической решётке. Такая дырка может перемещаться по кристаллу. Для переброса соседнего атома на пустое место нужно его «раскачать», чтобы он мог оторваться от окружающих его атомов. Легче перемещается дефект, в котором атомы вокруг «дырки» также смещены. Это и есть дислокация.

Суть модели[править]

Модель ФК — это модель движения дислокации в кристалле. В модели учитываются две цепочки атомов, которые являются приближением двух слоёв атомов. Причём нижний слой атомов заменяется последовательностью горок и ложбинок. В ложбинках лежат шарики, связанные упругими пружинками. Таким образом учитывается взаимодействие шариков—«атомов» между собой и нижним слоем «атомов».

При наличии достаточной энергии шарик или «атом» может преодолеть горку, при этом все «атомы» в гармонической цепи также сместятся. Понятие дефекта по Френкелю включает пару — свободную ячейку или «дырку» и ячейку с двумя «атомами» или дислокацию сгущения. Дислокация сгущения называется «отрицательной» или антидислокацией. Дислокация разрежения или свободная ячейка называется «положительной» или просто дислокацией.

Любое начальное возбуждение «распадается» на бегущие волны и несколько дислокаций и антидислокаций. Их форма не зависит от начального возмущения, а определяется лишь параметрами модели (массами грузиков, жёсткостью пружины, формой волнистой поверхности).

В «непрерывной модели» Френкеля и Конторовой могут образовываться солитонные атомы, живущие бесконечно долго. Их называют Бризер или Бионом. Бризер выглядит как стоячая волна. Бризер может равномерно двигаться, ускоряться и замедляться вблизи неоднородностей. При столкновении с солитонами или другими бризерами ведёт себя как частица.

ФК—солитон[править]

ФК—солитон имеет неизменную форму, не зависящую от его скорости. Он может покоиться или двигаться, причём зависимость его энергии E от скорости v такая же, как зависимость энергии от скорости для частицы с массой \(m_0\), которая следует из специальной теории относительности. $$E = \frac{m_0 v_0^2}{\sqrt{1- v^2/v_0^2 }}$$

Вместо скорости света \(c\) в вакууме в этой формуле \(v_0\) —— скорость распространения обычных синусоидальных волн малой амплитуды в среде, по которой бежит солитон. Для реальной дислокации эта формула выполняется приближённо.

Для ФК—солитонов существуют античастицы(антисолитоны). Солитоны отталкиваются друг от друга, а солитон и антисолитон притягиваются и могут образовать связанное состояние — солитонный «атом».

Литература[править]

Внешние ссылки[править]

См. также[править]

Солитон