Влияние примесей на квантовую пластичность монокристаллов β-олова

Abstract

Изучено влияние небольших добавок (0,01 ат.%) примесей индия, кадмия и цинка на температурные зависимости характеристик пластичности монокристаллов β-олова в интервале 0,5К<T<4,2К. Пластическая деформация образцов осуществлялась скольжением дислокаций в системе (100)<010>. Ранее было показано, что в чистом β-олове основными препятствиями для движения дислокаций этой системы скольжения являются барьеры Пайерлса. При этом существует пороговая температура Tg≈1,2К, выше которой барьеры преодолеваются дислокациями благодаря тепловым флуктуациям (термически активированная пластичность), а ниже — путем квантовомеханического туннелирования (квантовая пластичность). Данное исследование показало, что слабое легирование β-олова примесями различного типа сохраняет определяющее влияние рельефа Пайерлса на подвижность дислокаций при низких температурах, но приводит к заметному смещению Tg в сторону высоких температур (δTg≈0,2−1К), т.е. расширяет температурный интервал квантовой пластичности. Наблюдаемое в экспериментах смещение пороговой температуры сложным образом зависит от мощности примесных атомов, которые создают локальные барьеры для скольжения дислокаций. Современное состояние теории не позволяет однозначно интерпретировать такую зависимость.

Вивчено вплив невеликих додатків (0,01 ат.%) домішок індію, кадмію й цинку на температурні залежності характеристик пластичності монокристалів β-олова в інтервалі 0,5 К<T<4,2К. Пластична деформація зразків здійснювалася ковзанням дислокацій у системі (100)<010>. Раніше було показано, що у чистому β-олові головними перепонами для руху дислокацій цієї системи ковзання є бар'єри Пай’єрлса. При цьому існує порогова температура Tg≈1,2К, вище якої бар'єри долаються дислокаціями завдяки тепловим флуктуаціям (термічно активована пластичність), а нижче — шляхом квантовомеханічного тунелювання (квантова пластичність). Дане дослідження показало, що слабке легування β-олова домішками різних типів зберігає визначальний вплив рельєфу Пай’єрлса на рухливість дислокацій при низьких температурах, але призводить до помітного зміщення Tg у напрямку високих температур (δTg≈0,2−1К), тобто розширює температурний інтервал квантової пластичності. Зареєстроване у експериментах зміщення порогової температури складним чином залежить від «потужності» домішкових атомів, які створюють локальні бар'єри для ковзання дислокацій. Сучасний стан теорії не дозволяє однозначно пояснити таку залежність.

The influence of slight In, Cd, and Zn dopes (0.01 at.%) on the temperature dependences of plasticity properties of β-Sn single crystals was studied in the range 0.5K<T<4.2K. The plastic deformation of the samples was responsible for by dislocation slipping in the (100)<010> system. It has been previously found that in pure β-Sn the main obstacles to dislocation motion in this slip system are Peierls barriers. Moreover, there exists a threshold temperature Tg≈1.2K above which the dislocation surmount the barriers owing to thermal fluctuations (thermal activated plasticity) and below which — by way of quantum mechanical tunneling (quantum plasticity). The investigation under consideration demonstrates that a slight doping of β-Sn with different impurities retains the determining effect Peierls relief on dislocation mobility at low temperatures. At the same time it results in a considerable shift of Tg towards higher temperatures (δTg≈0.2–1K), that is the temperature range of quantum plasticity becomes broader. The threshold temperature shift depends in a complicated way on power of impurity atoms that create local barriers to dislocation slip. The modern theory state makes it impossible to interpret this dependence unambiguously.