Ползучесть монокристаллов β-олова в субкельвиновой области температур

Abstract

В температурном интервале 0,45–4,2 К изучена ползучесть монокристаллов β-олова, ориентированных для скольжения в системе (100) <010>. Как выше, так и ниже 1 К зарегистрирована нестационарная ползучесть, затухающая со временем по логарифмическому закону. Детально изучена температурная зависимость коэффициента логарифмической ползучести и установлено существование на ней двух качественно различных областей: в интервале 4,2–1,2 К коэффициент линейно уменьшается при понижении температуры; ниже 1 К ползучесть приобретает атермический характер и коэффициент остается постоянным. Показано, что наблюдаемые в эксперименте закономерности соответствуют представлениям, согласно которым кинетика ползучести чистого β-олова определяется движением дислокаций в потенциальном рельефе Пайерлса по механизму зарождения на дислокационных линиях парных кинков. Этот процесс сопряжен с преодолением эффективного потенциального барьера малой величины порядка 0,001 эВ: в области температур Т < 1 К зарождение парных кинков происходит благодаря эффекту квантового туннелирования и ползучесть имеет чисто квантовый характер; при более высоких температурах главную роль играют тепловые флуктуации и кинетика деформации соответствует классическим представлениям о термически активированной ползучести. Получены эмпирические оценки для плотности подвижных дислокаций и коэффициента деформационного упрочнения.

У температурному інтервалі 0,45–4,2 К вивчено повзучість монокристаллів β-олова, орієнтованих для ковзання у системі (100) <010>. Як вище, так и нижче 1 К зареєстрована нестац іонарна повзучість, котра затухає з часом відповідно до логарифмічного закону. Детально вивчено температурну залежність коефіцієнта логарифмічної повзучости і встановлено існування на ній двох якісно відмінних областей: в інтервалі 4,2–1,2 К коефіцієнт лінійно зменшу ється при зменшенні температури; нижче 1 К повзучість має атермічний характер і коефіцієнт залишається постійним. Показано, що спостережені в експерименті закономірності відповідають уявленням, згідно яким кінетика повзучості чистого β-олова визначається рухом дислокацій у потенціальному рельєфі Пайєрлса завдяки дії механізму зародження на дислокац ійних лініях парних кінків. Цей процес супроваджується подоланням ефективного потенц іального бар’єра малої величини порядка 0,001 еВ: в області температур Т < 1 К зародження парних кінків відбувається завдяки ефекту квантового тунелювання і повзучість має чисто квантовий характер; при більш високих температурах головну роль відіграють теплові флуктуац ії і кінетика деформації відповідає класичним уявленням про термічно активовану повзуч ість. Одержано емпіричні оцінки для густини рухомих дислокацій і коефіцієнта деформац ійного зміцнення.

The β-Sn single crystals oriented to creep favourably in the (100) <010> system are studied in a 0.45–4.2 K range. A transient creep is recorded above and below 1 K, the creep being damped with time by the logarithmic law. The temperature dependence of the logarithmic creep coefficient is studied comprehensively. It is found that there are two qualitatively different regions in the curve: in a 4.2–1.2 K range the coefficient decreases linearly with temperature; and below 1 K the creep becomes athermic and the coefficient remains unchanged. The experimental behaviors are shown to fit in with the concepts according to which the creep kinetics of pure β-Sn is determined by the dislocation motion within the potential Peierls relief by the mechanism of nucleating paired kinks in the dislocation lines. The process entails overcoming the effective potential barrier of order of 0.001 eV: at T < 1 K the paired kink nucleation occurs due to the quantum tunneling and the creep is of pure quantum behavior; for higher temperatures the thermal fluctuations are dominant and the creep kinetics corresponds to the classical views of thermally activated creep. Empirical estimates of mobile dislocation density and work-hardening coefficient are obtained.