Введение к работе
Актуальность темы. Исследования упругих характеристик наряду с изучением других Физических свойств позволяют подойти к решению основной задачи твердого тела - проблемы взаимосвязи между внутренним строением и физическими свойствами тела.
Константы упругости непосредственно связаны с силами взаимодействия между структурными элементами кристаллической решетки и измерение упругих характеристик позволяет зафиксировать фазовые переходы любой природы. В некоторых случаях при переходах с малым скачком объема и сопротивления, как например, при мартенситном переходе в литии при низких температурах, характер изменения упругих свойств является одним из немногих показателей фазового превращения.
Исследования полиморфных переходов позволяют лучше понять природу межатомных связей. Одним из наиболее ярких проявлений решеточной нестабильности (неустойчивости) является смягчение некоторых модулей упругости, либо частот фононов. Теоретически и экспериментально доказано, что фазовые переходы и рода являются результатами динамической неустойчивости решетки, относительно фазовых переходов і рода единой точки зрения у исследователей пока не выработано. Так как в условиях высоких давлений возможности исследования фононних спектров методом рассеяния нейтронов ограничены, то основные экспериментальные данные о динамике решетки могут быть получены ультразвуковыми методами.
Развитие электронной теории металлов позволило описать их основные физические свойства при помощи единой характеристики -энергетического спектра электронов. Для экспериментального исследования влияния параметров энергетического спектра носителей зарядов металлов на их свойства необходимо иметь возможность изменять эти параметры. Существует ряд металлов, например cs, для которых значительное изменение электронного спектра может происходить при экспериментально достижимых значениях внешних воздействий, не подвергающих материал необратимым изменениям. Сжатие са при высоком давлении приводит к существенному уменьшению объема (50) при 5.0 ГПа и гошпаот ряд интересных и ярких явлений, связанных с изменениями его
кристаллической и электронной структуры. В этом случае исследование упругих свойств под давлением этого тяжелого щелочного металла может дать информащш об энергетических изменениях, происходящих в решетке цезия. Вопросы сравнения теоретических расчетов с экспериментальными данными, прогнозирование фазовых превращений, а также возрастающая практическая важность щелочных металлов требуют исследования их упругих свойств. Следует отметить, что данных по исследованию упругих свойств твердых тел в условиях высоких давлений ультразвуковыми методами получено еще довольно мало, особенно при давлениях выше 2.0 ГПа. Так например, упругие свойства цезия под давлением не исследовались вообще, упругие свойства лития исследовались лишь до 0.35 ГПа.
В связи с изложенным представляло интерес провести исследование упругих характеристик поликристаллического лития при высоких давлениях и различных температурах (Т = 78К и Т = 295К), полукристаллического цезия при давлениях до 5.0 ГПа, X = 294К, а также исследование зависимости от давления температуры мартенситного фазового превращения в Ы в диапазоне давлений р =0-1.6 ГПа и температур Г = 78 - 230 К.
Цель работы заключается в экспериментальном выяснении роли низкочастотных фононов при фазовых переходах 1-го рода, а также возникновения эффектов смягчения акустической части фононного спектра при сжатии для различных модификаций на примере щелочных металлов лития и цезия и корреляция этих эффектов с в - d переходом в cs, а также в проверке теоретических представлений на базе псевдопотенциальных расчетов.
Общая методика исследований; измерение скорости распространения продольных и поперечных волн в твердых телах ультразвуковым импульсным методом в условиях всестороннего сжатия образцов.
Научная новизна, полученных результатов сводится к следующим положениям, выносимым на защиту:
— Впервые импульсным ультразвуковым методом по изотермам и при естественном отогреве проведено исследование фазовой диаграммы лития при высоких давлениях до 1.6 ГПа и Т = 78 - 230 К. Установлено, что увеличение давления, действующего на литий смэщает температуру фазового перехода ОЦК - 9R в область более
еысоких температур. При отогревании выявлена, температурная область существовать фазы ГЦК - Li.
— Впервые гроведено экспериментальное исследование упругих свойств лития при высоких давленшіх до 2.5 ГПа при Т = 295К. Получены данные об ослаблении устойчивости кристаллической решетки лития к сдвигу при давлениях р > 1.0 ГПа, связанных, вероятно, со смягчением ТАІ [ПО] моды акустической части фононного спектра Li.
— При экспериментальном исследовании низкотемпературной
фазы лития при высоком давлении до 1.6 ГПа и Т = 78К впервые
выявлены аномалии в барической зависимости модуля сдвига Ы,
свидетельствующие о резком снижении устойчивости
кристаллической решетки ОЦК - Li к сдвигу при первом цикле
нагрукения и понижении устойчивости при повтсрных циклах.
Необратимость экспериментальных кривых при первом и последующих
циклах нагружения связывается с увеличением концентрации 9r -
фазы лития.
— Впервые проведено экспериментальное исследование упругих
характеристик цезия под давлением до 5.0 ГПа, Г = 294 К и при
фазовых переходах csr - csii - csiv. Выявленная аномальная
зависимость скорости поперечных ультразвуковых волн от давления
и отрицательное значение параметра Грюнайзена в предпереходной
ОЦК - ГЦК области свидетельствуют о появлении мягкой сдвиговой
моды, возможно TAI (НО], в низкочастотной части фононного
спектра ОЦК - cs. Полученные аномалии в сжимаемости ОЦК - cs
при р > 1.4 ГПа связываются с изменением заселенности s - зоны,
Т.Є. з - d переходом .
— Впервые выявлены смягчения сдвиговой и продольной
акустических мод ГЦК - cs, свидетельствующие об уменьшении
фононных частот вблизи изоморфного электронного превращения.
Получено, что ГЦК - cs отличается большей, чем ОЦК - сз
сжимаемостью, что, на наш взгляд, связано с усилением d -
характера электронов проводимости. Получены свидетельства
ужестчения кристаллической решетки - тетр. к сжатию и
сдвиг/.
Hayчн.чя и практическая значимость. Полученные н работе данные иионіг существенно») значение для развития теоретических іф'.'Лот:і!п!ониі» о природ» паїим^ртнпх превращений м (« *туг быть
использованы в процессе дальнейшего развития теории твердого теля, а также в изучении проблемы прогнозирования Фазовых превращений. Исследования физических свойств твердых тел в условиях всестороннего сжатия дают информацию. крайне необходимую для понимания процессов, происходящих в недрах Земли и планет. Наряду с фундаментальным значением, исследования имеют чисто практическое значение, так как высокие дазлення все шире используются в промышленности в качестве технологического параметра для придания материалам необходимых свойств. Особенно большое внимание исследователей привлекают вопросы, связанные с фазовыми превращениями, поскольку именно фазовые переходы приводят к наиболее существенным изменениям в свойствах вещества.
Дппробеция работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на хп и xv Конференциях по Науке и технологии высоких давлений (МАРИВД) (г.Падерборн, ФРГ, 1989 г. и г.Варшава, Польша, 1995.), на Международном семинаре по структурным исследованиям на импульсных нейтронных источниках (г.Дубна, Моск.обл., 1992 г.), на xxxi Конференции Европейской группы исследований под высоким давлением (г.Белфаст, Ирландия, 1992 г.), на viii Международной конференции по уравнениям состояния (г.Нальчик, 1992 г.), на їх Всесоюзном семінаре "Влияние давления на вещество.", (г. Одесса, 1988 г.), опубликованы в материалах конференций и
журналах КЭТФ, ФТТ, ФММ, High Pressure Research. По ТЄМЄ
диссертации опубликовано 5 статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, включающих 13 параграфов, выводов, списка цитируемой литературы. Содержит 1по страниц, 10 таблиц и иллюстрирована 41 рисунком. Список цитируемой литературы составляет 172 наименований.
Похожие диссертации на Исследование упругих характеристики лития и цезия при высоких давлениях
