КРИСТАЛЛИЗАЦИО́ННЫЕ ВО́ЛНЫ

КРИСТАЛЛИЗАЦИО́ННЫЕ ВО́ЛНЫ, сла­бо за­ту­хаю­щие ко­ле­ба­ния гра­ни­цы раз­де­ла кван­то­вый кри­сталл – сверх­те­ку­чая кван­то­вая жид­кость, обу­слов­лен­ные пе­рио­дич. плав­ле­ни­ем и кри­стал­ли­за­цией. К. в., рас­про­стра­няю­щие­ся вдоль гра­ни­цы раз­де­ла, экс­пе­ри­мен­таль­но на­блю­да­лись в ⁴Не. Ме­ха­низм воз­ник­но­ве­ния К. в. со­сто­ит в том, что в рав­но­ве­сии кван­то­вый кри­сталл име­ет оп­ре­де­лён­ную фор­му, обес­пе­чи­ваю­щую ми­ни­мум сво­бод­ной энер­гии его по­верх­но­сти, и лю­бое от­кло­не­ние фор­мы кри­стал­ла от рав­но­вес­ной при­во­дит к уве­ли­че­нию по­верх­но­ст­ной энер­гии. По­это­му лю­бая не­рав­но­вес­ная фор­ма кри­стал­ла бу­дет из­ме­нять­ся за счёт кри­стал­ли­за­ции или плав­ле­ния так, что­бы по­верх­но­ст­ная энер­гия умень­ша­лась. С др. сто­ро­ны, вслед­ст­вие раз­но­сти плот­но­стей двух фаз рост и плав­ле­ние кри­стал­ла вы­зы­ва­ют дви­же­ние жид­ко­сти, т. е. уве­ли­че­ние ки­не­тич. энер­гии сис­те­мы. В ре­зуль­та­те по­верх­ность бу­дет ис­пы­ты­вать сла­бо за­ту­хаю­щие ко­ле­ба­ния, во мно­гом по­хо­жие на обыч­ные ка­пил­ляр­ные вол­ны

на гра­ни­це раз­де­ла жид­ко­сти и га­за. От­ли­чие со­сто­ит в том, что в слу­чае К. в. дви­же­ние гра­ни­цы цели­ком обу­слов­ле­но пе­рио­дич. плав­ле­ни­ем и кри­стал­ли­за­ци­ей, а в объ­ё­ме кри­сталл ос­та­ёт­ся не­под­виж­ным и не­де­фор­ми­ро­ван­ным.

Для су­ще­ст­во­ва­ния К. в. не­об­хо­ди­мо, что­бы пол­ная дис­си­па­ция энер­гии, со­про­во­ж­даю­щая кри­стал­ли­за­цию и плав­ле­ние, бы­ла дос­та­точ­но ма­ла. В слу­чае гра­ни­цы сверх­те­ку­чая кван­то­вая жид­кость – кван­то­вый кри­сталл (по­верх­ность кри­стал­ла ⁴Не) воз­ник­но­ве­ние К. в. ока­зы­ва­ет­ся воз­мож­ным, ес­ли темп-pa Т дос­та­точ­но низ­ка (го­раз­до ни­же λ-точ­ки) и ес­ли по­верх­ность кри­стал­ла на­хо­дит­ся в осо­бом кван­то­во-ше­ро­хо­ва­том со­стоя­нии, яв­ляю­щем­ся кван­то­вым ана­ло­гом клас­сич. атом­но-ше­ро­хо­ва­то­го со­стоя­ния (см. Кри­стал­ли­за­ция

).

Кван­то­во-ше­ро­хо­ва­тое со­стоя­ние, как и клас­си­че­ское, ха­рак­те­ри­зу­ет­ся боль­шим ко­ли­че­ст­вом тер­мо­ди­на­ми­че­ски рав­но­вес­ных де­фек­тов по­верх­но­сти (сту­пе­ней и из­ло­мов на сту­пе­нях). Осн. отли­чие со­сто­ит в том, что в кван­то­вом слу­чае из­ло­мы на сту­пе­нях ве­дут се­бя как ква­зи­ча­сти­цы

, т. е. их дви­же­ние, а сле­до­ва­тель­но и дви­же­ние са­мих сту­пе­ней, прак­ти­че­ски не со­про­во­ж­да­ет­ся дис­си­па­ци­ей энер­гии. По­это­му рост и плав­ле­ние кри­стал­ла с кван­то­во-ше­ро­хо­ва­той по­верх­но­стью, обу­слов­лен­ные дви­же­ни­ем из­ло­мов и сту­пе­ней, мо­гут про­ис­хо­дить прак­ти­че­ски без­дис­си­па­тив­но.

Без­дис­си­па­тив­ность оз­на­ча­ет, что кри­сталл мо­жет рас­ти и пла­вить­ся при ни­чтож­ных внеш­них воз­дей­ст­ви­ях. Так, при T<1 К кри­стал­лы ⁴Не раз­ме­ром по­ряд­ка 1 см с кван­то­во-ше­ро­хо­ва­той по­верх­но­стью при­ни­ма­ют рав­но­вес­ную фор­му в по­ле си­лы тя­же­сти за вре­мя ≪1 с. При этом по­верх­ность кри­стал­ла име­ет вид вы­пук­ло­го ме­ни­ска, и К. в. на ней мо­гут быть воз­бу­ж­де­ны с по­мощью пе­ре­мен­но­го элек­трич. по­ля или ме­ха­нич. виб­ра­ций при­бо­ра.

По­верх­ность кри­стал­ла ⁴Не при низ­ких темп-pax в за­ви­си­мо­сти от её ори­ента­ции от­но­си­тель­но осей кри­стал­ла мо­жет на­хо­дить­ся ли­бо в кван­то­во-ше­ро­хо­ва­том, ли­бо в клас­сич. атом­но-глад­ком со­стоя­нии. Атом­но-глад­кая по­верх­ность не об­ла­да­ет свой­ст­вом без­дис­си­па­тив­ной кри­стал­ли­за­ции, и К. в. на ней су­ще­ст­во­вать не мо­гут. Со­глас­но тео­рии, К. в. воз­мож­ны так­же и в ³Не при Т≪1 мК.