Осцилляции перегибов на дислокационных линиях в кристаллах и низкотемпературные транспортные аномалии как «паспорт» свежевведенных дефектов

Abstract

Обсуждается возможная интерпретация экспериментальных данных о низкотемпературных транспортных аномалиях в слабо деформированных металлических кристаллах, приготовленных из особо чистых свинца, меди и серебра, а также в кристаллах ⁴He в свете представленной ранее теоретической картины дислокаций с динамическими перегибами. В случае чистых металлов теоретические предсказания дают общую картину взаимодействия электронов проводимости в образце со свежевведенными дислокациями, содержащими динамические перегибы («кинки») в потенциальном рельефе Пайерлса. В поле случайных напряжений, возникающих при пластической деформации образца, перегибы на дислокационной линии образуют набор одномерных осцилляторов в потенциальных ямах различной формы. В области низких температур, при достаточно малой плотности дефектов, пиннингующих перегибы, неупругое рассеяние электронов на перегибах должно приводить к отклонениям от закона Видемана–Франца. В частности, неупругое рассеяние на перегибах должно приводить к квадратичной зависимости от температуры теплопроводности металлического образца вдоль преимущественных направлений осей дислокаций. В нормальной к оси дислокации плоскости преобладает упругое рассеяние электронов на большие углы. Пиннинг перегибов точечными дефектами или дополнительными дислокациями, так же, как и отжиг образца, приводящий к исчезновению перегибов, должен вызывать подавление транспортных аномалий. Таким образом, интервал энергий для спектра колебаний перегибов, ограниченный характерной амплитудой рельефа Пайерлса, является «паспортом истории деформации» каждого конкретного образца. Например, в меди ему соответствует область температур/энергий порядка 1 К. Планируется также обсуждение в отдельной публикации применимости механизма рассеяния фононов на подвижных дислокационных перегибах и пиннинг перегибов примесями для объснения аномалий фононной теплопроводности кристаллов ⁴He и деформированных кристаллов чистого свинца в сверхпроводящем состоянии.

Обговорюється можлива інтерпретація експериментальних даних щодо низькотемпературних транспортних аномалій в слабо деформованих металевих кристалах, які приготовано з особливо чистих свинцю, міді і срібла, а також в кристалах ⁴He у світі поданої раніше теоретичної картини дислокацій з динамічними перегинами. У разі чистих металів теоретичні передбачення дають загальну картину взаємодії електронів провідності у зразку з тільки що введеними дислокаціями, що містять динамічні перегини («кінки») у потенціальному рельєфі Пайєрлса. У полі випадкових напруг, які виникають при пластичній деформації зразка, перегини на дислокаційній лінії утворюють набір одновимірних осциляторів у потенціальних ямах різної форми. У області низьких температур, при досить малій щільності дефектів, які пінінгують перегини, непружне розсіяння електронів на перегинах повинне призводити до відхилень від закону Відемана–Франца. Зокрема, непружне розсіяння на перегинах повинне призводити до квадратичної залежності від температури теплопровідності металевого зразка уздовж переважних напрямів осей дислокацій. У нормальній до вісі дислокації площині переважає пружне розсіяння електронів на великі кути. Пінінг перегинів точковими дефектами або додатковими дислокаціями, також, як і відпал зразка, який призводить до зникнення перегинів, повинен викликати пригнічення транспортних аномалій. Таким чином, інтервал енергій для спектра коливань перегинів, який обмежено характерною амплітудою рельєфу Пайєрлса, є «паспортом історії деформації» кожного конкретного зразка. Наприклад, в міді йому відповідає область температур/енергій близько 1 К. Планується також обговорення в окремій публікації придатності механізму розсіяння фононів на рухливих дислокаційних перегинах та пінінгу перегинів домішками для пояснення аномалій фононної теплопровідності кристалів ⁴He і деформованих кристалів чистого свинцю у надпровідному стані.

A possible interpretation of experimental data on low-temperature transport anomalies in weakly deformed ultra-pure metal crystals of lead, copper and aluminum and in ⁴He crystals is discussed in light of the proposed earlier theoretical picture of dislocations with dynamic kinks. The theoretical predictions give an overall picture of interaction of conduction electrons in ultrapure crystals with freshly introduced dislocations containing dynamic kinks in the Peierls potential relief. At random stresses caused by plastic deformation of the specimen, the kinks in the dislocation line form a set of one-dimensional oscillators in the potential wells of different shapes. At low temperatures, for sufficiently low density of defects that pin the kinks, the inelastic electron scattering by the kinks should lead to deviations from the Wiemann–Franz law. In particular, the inelastic scattering on the kinks should rezult in a quadratic temperature dependence of electronic thermal conductivity of a metallic sample along the predominant directions of the axes of dislocations. In the normal to dislocation axis plane dominanat is an elastic scattering of electrons at large angles. Pinning of kinks by point defects or additional dislocations, as well as annealing of the crystal that leads to the disappearance of the kinks, should lead to the suppression of the transport anomalies. Thus, the energy interval accommodating the vibrational spectrum of kinks is a “passport of deformation history” of each particular sample. It lies in the range bound by the characteristic value of the Peierls relief. For example, for copper it corresponds to temperatures / energies of 1 K. Next time we plan to discuss the applicability of the mechanism of phonon scattering by mobile dislocation kinks and pinning of kinks by impurities and thus to explane the anomalies in phonon thermal conductivity of ⁴He crystals and deformed crystals of pure lead in superconducting state.