Влияние электронной вязкости и примесей на квантовое движение дислокаций через барьеры Пайерлса

Abstract

В экспериментах на чистых монокристаллах β-Sn в температурном интервале 0,5-4,4 К детально изучены температурные зависимости предела текучести и скоростной чувствительности деформирующего напряжения для системы скольжения (100)<010). Подтверждено существование зарегистрированной ранее низкотемпературной аномалии, имеющей характерные признаки квантового процесса — переход от термически активированного к атермическому пластическому течению в области температур порядка и ниже 1 К. Показано, что переход образцов в сверхпроводящее состояние заметно расширяет температурный интервал аномалии. Изучено влияние на характер аномалии легирования олова примесями кадмия: малая концентрация примесей повышает пороговую температуру аномалии, тогда как большая концентрация приводит к исчезновению атермической пластичности. Выполнен детальный теоретический анализ экспериментальных наблюдений, базирующийся на установленном ранее факте определяющего влияния барьеров Пайерлса на подвижность дислокаций данной системы скольжения и на результатах теории квантового движения дислокаций в рельефе Пайерлса. Получены простые аналитические выражения для температурных зависимостей характеристик пластичности в области квантовой аномалии и проведено количественное сравнение теории и эксперимента. Предложена и реализована применительно к системе скольжения (100){010) в β-Sn процедура вычисления эмпирических значений фундаментальных параметров теории дислокаций: напряжения Пайерлса, эффективной массы, линейного натяжения и коэффициента электронного трения дислокационной струны.

В експериментах иа чистих монокристалах β-Sn у температурному інтервалі 0,5-4,4 К детально вивчено температурні залежності границі плинності і швидкісної чутливості деформуючої напруги для системи ковзання (100)(010). Підтверджено існування раніше зареєстрованої низькотемпературної аномалії, що мак характерні ознаки квантового процесу — перехід у зоні температур порядку і нижче 1 К від термічно активованої до атермічної пластичності. Показано, що перехід зразків олова у стан надпровідності помітно розширює температурний інтервал аномалії. Вивчено вплив на характер аномалії легування олова домішками кадмію: мала концентрація домішок збільшує порогову температуру початку аномалії, тоді як велика концентрація призводить до зникнення атермічної пластичності. Виконано детальний теоретичний аналіз експериментальних спостережень, що базується на раніше встановленому факті визначаючого впливу на рухливість дислокацій даної системи ковзання бар'єрів Пай’єрлса і на результах теорії квантового руху дислокацій у рельєфі Пай’єрлса. Виведено прості аналітичні вирази для температурних залежностей характеристик пластичності в області квантової аномалії і здійснено кількісне порівняння висновків теорії з результатами експериментів. Запропоновано і реалізовано стосовно системи ковзання (100) (010) у β-Sn процедуру обчислення емпіричних значень фундаментальних параметрів теорії дислокацій: напруги Пай’єрлса, афективної маси, сили лінійного натягу і коефіцієнта електронного тертя дислокаційної струни.

The temperature dependences of yield stress and strain rate sensitivity of deformation stress have been experimentally studied for a slip system (100)(010) in pure single crystals β-Sn over a temperature range 0.5-4.4 K. The results obtained have supported the existence of the low temperature anomaly. This anomaly exhibits all the evidences of the quantum process, i.e. the thermoactivated - to - athermal plastic flow transition at the temperature near and below 1 K. It is shown that the transition of the samples from the normal into the superconducting state permits observation of the anomaly in a more wide temperature range. An effect of alioying of Sn with Cd on the anomaly has been also investigated. It was found that a low-concentration impurity increased the threshold anomaly temperature whereas a high-con-centration impurity caused the athermal plastic flow to disappear. Leaning upon the fact that the Peierls barriers are the governing factors in a mobility of dislocations in the given slip system and upon the theoretical data on the quautum motion of dislocations in the Peierls relief [7,17,18], a comprehensive theoretical analysis of the experimental findings has been made. Simple analytical expressions were obtained for the temperature dependences of plasticity properties in the quantum anomaly region. A quantitative comparison between theoretical and experimental data has been made. The technique of calculating the empirical values of the main parameters of dislocation theory (Peierls stress, effective mass, linear tension and electron friction coefficient of dislocation string) has been developed and applied toaslipsystem (100){010) in β-Sn.