ТВЕРДОЕ ТЕЛО

Вещество в агрегатном состоянии (называемом твёрдым), характеризующемся (в отличие от жидкого или газообразного) стабильностью формы;, тепловое движение образующих это вещество атомов представляет собой малые колебания около фиксированных положений равновесия. По структуре Т. т. делятся на кристаллические (термодинамически стабильны) и аморфные (метастабильны). В крист. Т. т. имеет место пространств, периодичность в расположении равновесных положений атомов (дальний порядок), в аморфных Т. т. атомы расположены хаотично, определённая закономерность наблюдается только в расположении соседних частиц (ближний порядок). По характеру хим. связи условно различают Т. т. с ионной, ковалентной, металлич., молекулярной и водородной связью. Многообразие типов хим. связи в Т. т. обусловливает разнообразие их механич. свойств, например Т. т. с ионной связью хрупки, с ковалентной - наиболее тверды и прочны, с металлической - пластичны. Важную роль в формировании механич. свойств Т. т. играют разл. дефекты крист. структуры (дислокации, вакансии, междоузлия и т. д.; см. Дефекты кристаллов). По электрич. свойствам Т. т. делятся на металлы (металлич. связь), полупроводники (в основном ковалентная) и диэлектрики (ионная и ковалентная); по магнитным - на диа-, пара-, ферро-, ферри- и антиферромагнетики.

Существенное влияние на свойства Т. т. оказывает колебат. движение атомных частиц - динамика кристаллической решётки. В основе теоретич. описания динамики крист. решётки лежит понятие кванта энергии упругих колебаний - фонона. Изучение поведения совокупности фононов (фононного газа) как «теплового резервуара» Т. т. позволило определить решёточный вклад в разл. свойства Т. т. - тепловые (теплоёмкость, тепловое расширение, теплопроводность), электрические (электрич. сопротивление, вызванное рассеянием электронов на фононах), оптические (резонансное поглощение фотонов ИК диапазона) и др. Свещества Т. т. во многом определяются также влиянием периодич. поля кристалла (внутри-кристаллического поля) на движение электронов. Применение методов квантовой статистики к газу свободных валентных электронов позволило оценить электронный вклад в тепловые и кинетич. свойства Т. т., привело к созданию зонной теории. В соответствии с выводами зонной теории различие в электрич. свойствах Т. т. (металлов, ПП, диэлектриков) связано с характером заполнения электронами энергетич. зон.

Определённую роль в свойствах Т. т. играют ядра атомов. В частности, при низких температурах заметен вклад ядерных магнитных моментов в парамагнетизм Т. т. Методы ядерной магн. спектроскопии и ядерной гамма-спектроскопии (эффект Мёссбауэра) позволяют изучать некоторые характеристики Т. т., например локальные внутрикрист. поля. Различные свойства Т. т. широко используются в твердотельной электронике. На основе крист., поликрист. и аморфных ПП, композиц. материалов (особенно гетероструктур, составленных из эпитаксиальных слоев разл. ПП, диэлектриков и металлов), пьезо-, сегнето- и пироэлектриков, ферритов и др. созданы разл. твердотельные приборы (ПП, акусто-) для генерирования, усиления, преобразования и индикации электро-магн. колебаний, управления потоками электро-магн. энергии, выполнения арифметич. и логич. операций в устройствах хранения, обработки и отображения информации, а также для использо ания в некоторых энергетич. устройствах.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.