D. K. S. Makdonald. Termoelektrik hodisalar negiziga kirish
Download 0.64 Mb.
|
Макдональд4
a radiusli mahalliy sferik "manba(quduq)" va yagona potentsial energiya - D tufayli tortuvchi potentsialda "past tezlikli" elektron uchun tarqalish kesimining o'zgarishi.
Tegishli itarish potentsialida "past tezlikli" elektron uchun tarqalish kesimining o'zgarishi. (Biz Clarendon Press, Oksford “The Theory of Atomic Collisions” nashridan 18 va 19-rasmlarni ko'paytirishga ruxsat olish uchun yordam bergan professorlar N.F.Mott, F.R.S. va ser Garri Massi, F.R.S.lardan minnatdormiz) Bir qarashda, bu o'tkazuvchanlik elektronlari uchun energiyaga juda bog'liq bo'lgan sochilishni ta'minlash uchun umumiy imkoniyat bo'lib tuyulishi mumkin, va albatta, eksperimentalistga kiritma(nopoklik) atomlari orasidagi xatti-harakatlarda aniq itaruvchi potentsialni emas, balki aniq tortuvchi potentsialni keltirib chiqaradigan sezilarli farqni izlashni taklif qiladi. 74-bet.
19-rasm. Elektron energiya E sifatida har xil o'zgaruvchan (1) va (2) quvvatda(energiya)gi tortuvchi va itaruvchi mahalliy potentsiallar uchun tarqalish kesimining o'zgarishi. (Mott va Masseydan keyin, 1949.) Bir xil potentsial energiya –D va a radiusli lokalizatsiyalangan sharsimon "quduq(manba)" tufayli tortuvchi potentsial. (1). (2). Tegishli mahalliylashtirilgan itaruvchi potentsial (1). (2). Bu, o'z navbatida, boshlang’ich holatiga nisbatan, yuqori valentlikdagi kiritma(nopoklik) atomi past valentlikka qaraganda anomaliyalarni keltirib chiqarishi mumkinligini ko'rsatadi. Biroq, biz tortuvchi potentsialdagi ushbu anomaliyalarning manbasini fizik jihatdan bilganimizda, ular potentsial "teshik" ichidagi mumkin qadar bog'langan energiya darajalari bilan bog'liqligini topamiz. (Mott va Masseyga qarang.) 75-bet.
Shunday qilib, biz metalldagi potentsial "teshik" da mavjud bo'lgan har qanday bog'langan darajalar allaqachon egallangan bo'lishini kutishimiz mumkin (bu, albatta, o'tkazuvchanlik elektronlari uchun Fermi darajasidan past bo'lgan har qanday elektron energiya darajalariga to'g'ri keladi), va u holda Paulining istisno prinsipi, bu bog'langan darajalar o'tkazuvchanlik elektronlarining tarqalishiga ta'sir qilishiga yo'l qo'ymaslik uchun ishlaydi. Bu shuni anglatadiki, agar bu chegaralangan darajalardan biri Fermi darajasiga juda yaqinlashmasa va u doimiy ishg'ol qilinmasa, biz bu manbadan energiyaga juda bog'liq bo'lgan sochilishni topa o'lmaymiz. O'z navbatida, bu, taxminan, T haroratdagi tarqalishga ta'sir qilish uchun potentsial bog'langan darajaning Fermi sathining o'zidan ±kT oralig'ida bo'lishi kerakligini anglatadi (20-rasm). Oddiy metall uchun Fermi energiyasi, ehtimol, 4 yoki 5 elektron volt (taxminan 40 dan 60000 K gacha bo'lgan degeneratsiya haroratiga to'g'ri keladi) ekanligini bilamiz va juda katta termoelektr quvvatiga olib keladigan anomal tarqalish o'zini 10K (kT-10 elektron volt) atrofida yoki undan ham pastroq haroratlarda his qiladi, bu tashqi tomondan tasodifdek ko'rinadi.
20-rasm. Metalldagi o'tkazuvchanlik elektronlari uchun "rezonans" tarqalish darajalarining taxminiy eskizi. A. Bu erda energiya darajasi pasayganda, u doimiy ravishda ishg'ol qilinadi va shuning uchun keyingi tarqalishiga hissa qo'shmaydi. B. Agar daraja bu erda tushib qolsa, kerakli energiyaga ega bo'lgan o'tkazuvchan elektronning tarqalishi uchun ahamiyatsiz imkoniyat mavjud. C Bu qisqa(tor) energiya mintaqasidagi (⁓kT) daraja Fermi darajasiga (energiya 𝜻0) to'g'ri kelsa, "rezonans" tarqalishi sodir bo'lishi mumkin. 76-bet.
Ularning modeli energiya jihatidan Fermi darajasiga juda yaqin bo'lgan "rezonansli" tarqalish darajalari tushunchasini o'z ichiga oladi va shundan buyon Friedel (masalan, 1956), ayniqsa, o'tish elementlari mavjud bo'lgan metallda paydo bo'ladigan ba'zi bunday tarqalish darajalari ehtimolini ham muhokama qildi. Umuman olganda, agar biz o'tish elementining o'zini asosiy metall deb hisoblasak yoki har qanday holatda nisbatan yuqori konsentratsiyada mavjud bo'lsa, bunday vaziyat unchalik ajoyib bo'lmasligi mumkin. O'tish metall elementi erkin atomdagi elektron d-holatlarining to'liq to'ldirilmagan qobig'i bilan tavsiflanadi va o'tish metalida bu mahalliylashtirilgan d-holatlar bir-biri bilan etarlicha kuchli ta'sir o'tkazadigan tasma hosil qiladi deb taxmin qilish tabiiydir, asosan atom s- va p-holatlaridan hosil bo'lgan o'tkazuvchanlik zonasi kabi, faqat qisman to'ldiriladi. Bu umumiy Fermi darajasi bir-biriga o'xshash ikkita chiziq ichida joylashganligini aytish bilan bir xildir (21-rasmga qarang). O'tish metallarining ushbu modelida biz d-elektronlarni hech bo'lmaganda qisman harakatchan deb hisoblashimiz kerak, lekin o'tkazuvchanlik zonasidagilarga qaraganda ancha kam harakatchan bo'lada (odatda s-zona deb ataladi); yoki s-zonaiga qaraganda d-zonada samarali massa yuqori bo'lishini aytishimiz mumkin. Bir-biriga ustma-ust tushadigan d-diapazoni bo'lgan bunday modelda umumiy Fermi darajasiga yaqin bo'lgan to'ldirilmagan d-diapazoni holatlari oxir-oqibat anomal va yuqori energiyaga bog'liq bo'lgan sochilishni hosil qilish uchun rezonansli tarqalish darajalariga ega bo'lishi mumkinligini taxmin qilish mantiqiy emas.
21-rasm. Ideallashtirilgan o'tish metallidagi egallangan (soyali) elektron holatlari bilan bir-biriga yopishgan zonalarining eskizi. Umumiy Fermi darajasi tor d-diapazonini kesib o'tganligi sababli, bu zonadagi elektronlar ham o'tkazuvchanlik hodisalariga hissa qo'shishi kerak, garchi bu harakatchanlik s-diapazonidagi elektronlarga qaraganda past bo'lsa ham. 77-bet.
Itaruvchi va tortuvchi potentsiallar o'rtasidagi farq haqidagi oldingi fikrlarimizga muvofiq, eritma ichiga joylashtirilganda emas, balki d-elektronni "to'kishga" moyil bo'lgan nopoklik(kiritma) atomlari bilan anomal ta'sirlarni izlash kerak va d-elektronlarni "ushlab qolish" mumkin, degan fikrni aytish joizdir.
78-bet.
Qanday bo'lmasin, bu o'zaro ta'sir eritmadagi ikkita nopoklik(kiritma) ionlari spinlarining nisbiy yo'nalishiga qarab bir qator holatlarda mavjud bo'lishi mumkinligini anglatadi.
haroratdan mustaqil(alohida). Etarlicha past haroratlarda (t1), uchlik darajalari (taxmin qilingan asosiy holati) deyarli to'liq zona bo'ladi va tarqalish kesimi A=A1 ga teng bo'lishi kerak. Binobarin, bu mexanizmning o'zi qarshilik komponentining paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin, bu harorat T0 dan pastga tushganda ortib boradi; bu panjara tebranishlari tarqalishi(sochilishi)dan kelib chiqadigan oddiy elektr qarshiligi bilan birgalikda minimal elektr qarshiligini keltirib chiqarishi mumkin (xususan, 22-rasmdagi egri chiziqlar (b) ga qarang). 79-bet.
22-rasm. Past haroratlarda metallarda kuzatilishi mumkin bo'lgan elektr qarshiligining egri chizmalari. Nopoklik(kiritma)larda qarshilik hissasining taxminiy shakllari. "Oddiy" xatti-harakatlar (nopoklik(kiritma)ning tarqalish kesimida o'zgarishlar yo'q). Nopoklik(kiritma)-kompleksining kesishishi asosiy holatida eng yuqori bo'lganda paydo bo'ladi deb taxmin qilingan xatti-harakatlar. (Nopoklikning asosiy holati va qo'zg'atilgan holat(lar) o'rtasidagi energiya ajratilishi taxminan kT0 ni tashkil qiladi). O'tkazuvchanlik elektronlarining noelastik tarqalishi ham hisobga olinganida, aralashmalar(kiritma) tufayli qarshilikning mumkin bo'lgan harakati. Qo'zg'atilgan panjara tebranishlari (fononlar) orqali elektronlarning tarqalishiga bog'liq bo'lgan qarshilik hissasi. Kombinatsiyasi sifatida qabul qilingan 1 va 2 umumiy qarshilik egri chiziqlari. 80-bet.
Shu bilan birga, biz har doim harorat bilan pasayadigan qarshilik komponentiga hissa qo'shadigan yagona va uchunchi darajalari o'rtasidagi noelastik o'tishlarni ham hisobga olishimiz kerak; chunki harorat T0 dan pastga tushsa, noelastik o'tishlar taxminan exp (-T0/T) ga mutanosib ravishda parchalanadi. Ushbu maxsus modelda har bir erigan ion juftligi har bir boshqa juftlikdan deyarli mustaqildir. Garchi bunday model past haroratlarda qarshilik anomaliyalarini bashorat qila olsa ham, u termoEYuKda hech qanday o'ziga xos xususiyatga olib kelmaydi, ammo tajriba shuni ko'rsatdiki, juda past haroratlarda bu anomal qarshilikning minimal va maksimallari hamda juda katta ("gigant") termoEYuKning paydo bo'lishi o'rtasida chambarchas bog'liqlik mavjud.
81-bet.
O'tkazuvchanlik elektron spinining belgisi endi, albatta, H1 umumiy o'zaro ta'sir maydoniga, ya'ni alohida ionning ikkita mumkin bo'lgan holatiga nisbatan aniqlangan deb hisoblanishi mumkin.
82-bet. Boshqacha qilib aytganda, anomal "gigant" termoEYuKni hosil qilish uchun faqat noelastik sochilishning o'zi etarli emas, balki elastik va noelastik sochilishning kombinatsiyasi bu natijaga olib kelishi mumkin. Kasuya-Bailyn-de Vroomen modelini shunday xulosa qilishimiz mumkinki, asosiy xususiyati ikki guruh o'tkazuvchanlik elektronlariga ega bo'lishidadir (pilus va minus holatidagi spinlar), ularning relaksatsiya vaqtlari mustaqil tarqalish uchun (ya'ni, bu holda elastik sochilish) bir-biridan farq qiladi va taqsimlash funktsiyalari ma'lum turdagi noelastik sochilish mexanizmi bilan bir-biriga bog'langan. Shunday qilib, biz ikki guruh elektronlarni birlashtiradigan noelastik tarqalish energiyasiga xos bo'lgan haroratlarda qarshilik va termoelektrik anomaliyalarni (va ikkinchisi juda katta bo'lishi mumkin) qidirishimiz mumkin. Biroq, Kasuya-Bailen-de Vroomen modelining o'zi kuzatilgan turli qarshilik anomaliyalari uchun yetarlicha tushuntirish bera oladimi yoki yo'qmi degan shubha bor (yana 22-rasmga qarang). Bugungi kunda (1961) bizda qiziqarli vaziyat borki, Brails-ford-Overxauzer tipidagi model termoelektrik xatti-harakatlarni emas, balki qarshilik anomaliyalarini hisobga olishi mumkin, ammo Kasuya-Bailen-de Vroomen tipidagi model uchun buning aksi mavjud. It is also interesting to consider whether any other situation can be found in metals where a coupled two band system of this type could give rise to corresponding behavior (cf. Guenault and MacDonald, 1961a ), or whether the "spin-flipping" of conduction electrons by magnetic ions is the only significant mechanism. Bundan tashqari, metallarda bu turdagi ikki xil tizim mos keladigan xatti-harakatlarni (Guenault va MacDonald, 1961a ga qarang) keltirib chiqarishi mumkin bo'lgan boshqa har qanday vaziyatni topish mumkinmi, magnit ionlari tomonidan o'tkazuvchanlik elektronlarining "aylanishi" yagona muhim mexanizmmi yoki yo'qligini ko'rib chiqish ham qiziq. Bu ba'zida ma'lum turdagi effektlar uchun nom topishga yordam berganligi bois, biz buni "o'zaro elektron tortishish", deb atash mumkinligini taklif qildik (Bailyn ham "spin-drag" ni taklif qildi). Hozirgi vaqtda ushbu yangi nazariy g'oyalarni, hatto juda past haroratlarda ham o'tish metallari bilan erigan yoki erituvchi sifatida namoyon bo'ladigan qotishmalar tomonidan yuzaga kelgan termoelektrik xatti-harakatlarni (qarshilik anomaliyalari bilan bog'liq ) kuzatishimiz mumkin, oxir-oqibatda ajoyib tafsilotlarni tushuntirish uchun bu etarli bo'ladimi yoki yo'qligini ko'rishda kata qiziqish bor. Nazariya bilan bir vaqtning o'zida ushbu metallar bo'yicha boshqa eksperimental ma'lumotlarni, masalan, magnit sezgirlik va kalorimetrik natijalarni hisobga olishi kerak. 83-bet.
Masalan, yaqinda Martin va boshqalar. (1961) erigan modda sifatida temir bilan misni suyultirilgan qotishmalarining solishtirma issiqligini o'lchadi, ko'rinib turibdiki, temirning mavjudligi juda past haroratlardan (⁓0,2K) taxminan 10 yoki 20K gacha bo'lgan Rln2 (eruvchi moddaning har moliga Fe) entropiya anomaliyasini keltirib chiqaradi. Bu shuni ko'rsatadiki, temir atomlari qattiq eritmada bo'lganda 1/2 spinga ega, ammo entropiya anomaliyasining haqiqiy shakli shuni ko'rsatadiki, o'tish jarayoni oddiy turdagi emas, agar har bir erigan atom uchun energiya darajasi bir xil bo'lsa va agar bitta erigan atomdagi o'tish boshqa atomdagilardan mustaqil bo'lsa paydo bo'ladi
Download 0.64 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling