Проверка теории броуновского движения частицы через потенциальный барьер в вязкой среде при экспериментальном изучении дислокационной акустической релаксации в нормальном и сверхпроводящем ниобии

Abstract

Теория Крамерса (1940 г.), описывающая термически активированный выход частиц из потенциальной ямы в вязкой среде, использована для интерпретации пика акустического поглощения, обнаруженного Крамером и Бауэром (1967 г.) в ниобии в области температур жидкого гелия. Показано, что зарегистрированные в экспериментах свойства пика соответствуют модели резонансного взаимодействия звуковых колебаний с цепочками дислокационных кинков. Кинки — частицеподобные возбуждения на дислокационных линиях — под действием звуковых колебаний совершают диффузионный дрейф в потенциальном рельефе Пайерлса второго рода, испытывая при этом также вязкое трение со стороны электронов проводимости. Возможность резкого контролируемого изменения электронной вязкости при сверхпроводящем переходе создает предпосылки для проверки выводов теории Крамерса при экспериментальном изучении дислокационного вклада в затухание звука. Оказалось, что при достаточно низких температурах для кинков в ниобии создаются условия наблюдения предсказанной Крамерсом аномалии: возрастания диффузионной подвижности частиц при увеличении коэффициента динамического трения. Данное обстоятельство позволило интерпретировать одно из наиболее интересных свойств пика Крамера —Бауэра, не имевшее до настоящего времени удовлетворительного объяснения, — смещение пика в сторону низких температур при переводе ниобия из сверхпроводящего в нормальное состояние магнитным полем. Кратко обсуждены возможности наблюдения квантовой диффузии кинков в акустических экспериментах

Теорію Крамерса (1940 р.), котра описує термічно активований вихід частинок із потенціальної ями у в’язкому середовищі, використано для інтерпретації піка акустичного поглинання, відкритого Крамером і Бауером (1967 р.) в ніобії в області температур рідкого гелію. Показано, що зареєстровані в експериментах властивості піка відповідають моделі резонансної взаємодії звукових коливань з ланцюжками дислокаційних кінків. Кінки — частинкоподібні збудження на дислокаційних лініях — під дією звукових коливань здійснюють дифузійний дрейф у потенціальному рельєфі Пайєрлса другого роду, зазнаючи при цьому також в’язкого тертя з боку електронів провідності. Можливість різкої контрольованої зміни електронної в’язкості при переході у стан надпровідності створює передумови для перевірки висновків теорії Крамерса при експериментальному дослідженні дислокаційного внеску у поглинання звуку. Виявилось, що при достатньо низьких температурах для кінків в ніобії створюються умови спостереження завбаченої Крамерсом аномалії: зростання дифузійної рухливості частинок при зростанні коефіцієнта динамічного тертя. Ця обставина дозволила інтерпре- тувати одну з найбільш цікавих властивостей піка Крамера — Бауера, що не мала до цього часу задовільного пояснення, — зсув піка у бік низьких температур при переводі ніобію із надпровідного у нормальний стан магнітним полем. Стисло обговорено можливості спостереження квантової дифузії кінків в акустичних експериментах.

The Kramers theory (1940) describing the thermally activated escape of a particle from a potential well in viscous medium is used to interpret - iso acoustic absorption peak revealed by Kimri'n and baucr (1967) in niobium at liquid helium temperatures. It is shown that the experimentally recorded properties of the peak comply with the model of resonance interaction between sound vibrations and the chains of dislocation kinks (particle-like excitation along the dislocation lines). The sound vibrations make the kinks drift diffusively in the second-order Peierls potential relief and experience viscous friction due to the conduction electrons. The possibility of an abrupt controlled change in the electron viscosity during the superconducting transition permits testing the Kramers theory conclusions during experimental studies pf a dislocation contri button to the sound attenuation. It turns out that at quite low temperatures niobium develops certain conditions for the kinks, which permit observation of the anomaly predicted by Kramers, i.e. an increase in the particle mobility when the dynamic friction coefficient grows. This fact has been helpful in interpreting one of the most interesting properties of the Kramer-Bauer peak which so far was not quite clear tin displacement of the peak towards low temperatures as niobium experienced the superconducting to normal state transition induced by the magnetic fields. The possibilities of observing quantum diffusion of kinks m acoustic experi ments are also discussed briefly.