Էջ:Հայկական Սովետական Հանրագիտարան (Soviet Armenian Encyclopedia) 7.djvu/478

478 ՄԵՏԱՖԻԶԻԿԱ
տարբերություն, որը փոխուղղահայաց բևեռացած բաղադրիչների համար միատեսակ չէ։ Այդ պատճառով հարթ բևեռացած լույսը մետաղից անդրադառնալիս վերածվում է էլիպսային բևեռացման լույսի։ Այդպիսի բևեռացման բնույթը կախված է մետաղի օպտիկական բնութագրերից, ուստի բևեռացման չափումները հնարավորություն են տալիս որոշել մետաղի բեկման ցուցիչը, կլանման գործակիցը։
Գրկ․ Соколов А. В., Оптические свойства металлов, М., 1961; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер․ с англ., М․, 1970․Ժ․ Նինոյան ՄԵՏԱՂԱՖԻԶԻԿԱ, ֆիզիկայի բաժին, որն ուսումնասիրում է մետաղների ու համաձուլվածքների էլեկտրոնային և ատոմաբյուրեղային կառուցվածքը, ինչպես նաև դրանց ֆիզիկական հատկությունները։ Մ․ պայմանականորեն կարելի է տրոհել երեք բաժինների, որոնք իրարից տարբերվում են հետազոտման մեթոդներով և խնդիրներով։ Առաջին բաժինը վերաբերում է մետաղներում և համաձուլվածքներում ֆազային հավասարակշռության պայմանների, տարբեր պրոցեսների կինետիկայի ուսումնասիրությանը, երկրորդը՝ մետաղների և համաձուլվածքների ամրության ու պլաստիկության հարցերի ուսումնասիրությանը՝ կապված ցանկալի հատկություններով նյութեր ստանալու անհրաժեշտության հետ։ Նշված երկու բաժինները կազմում են այսպես կոչված տեսական մետաղագիտության հիմքը։ Երրորդ բաժինը վերաբերում է ժամանակակից Մ–ի հիմքը կազմող միկրոսկոպիկ տեսությանը, որը հնարավորություն է տալիս բացատրելու մետաղների, հիմնականում նաև համաձուլվածքների ֆիզիկական հատկությունները՝ ելնելով դրանց ատոմական կառուցվածքից։ Միկրոսկոպիկ տեսության պարզագույն տարբերակը, որը հայտնի է մետաղների դասական էլեկտրոնային տեսություն անունով, 1900-ական թթ․ մշակել են Պ․ Դրուդեն և Հ․ Լորենցը։ Ըստ այդ տեսության, էլեկտրոնները մետաղում կազմում են էլեկտրոնային իդեալական գազ և իրենց քաոսային շարժման ընթացքում ժամանակ առ ժամանակ բախվում են միայն բյուրեղային ցանցի հանգույցներում «նստած» իոններին։ Այդ մոդելով տրվեց Օհմի և Ջոուլ–Լենցի փորձնական օրենքների տեսական հիմնավորումը։ Դասական էլեկտրոնային տեսությունը հաստատեց նաև մետաղի էլեկտրոնային հաղորդականության ($\sigma$) և ջերմահաղորդականության ($x$) միջև գոյություն ունեցող պարզ կապը $({\frac {x}{\sigma T}}=const)$, որը բավարար ճշտությամբ մեծ թվով մետաղների համար համընկնում է փորձնական արդյունքներին (100–400K ջերմաստիճանային տիրույթում)։ Սակայն դասական էլեկտրոնային տեսությունը, լինելով խիստ մոտավոր, ի վիճակի չէր բացատրելու փորձերից հայտնի դարձած մի շարք կարևոր փաստեր (օրինակ, բարձր ջերմաստիճաններում մետաղների և դիէլեկտրիկների ջերմունակությունների գործնականում իրար հավասար լինելը ևն)։ Էլեկտրոնային ազատ գազի մոդելը զարգացրել է Ա․ Զոմմերֆելդը (1927), առաջին անգամ էլեկտրոնների համար կիրառելով քվանտային վիճակագրական բաշխման ֆունկցիան (Ֆերմի–Դիրակի ֆունկցիա), որում հաշվի էին առնված միկրոմասնիկների համար գործող նոր սկզբունքները՝ նույնականության սկզբունքը և Պաուլիի սկզբունքը։ Քվանտային վիճակագրության կիրառումը հանգեցրեց կարևոր արդյունքի․ պարզվեց, որ մետաղների էլեկտրական, ջերմային, ինչպես նաև սպինային պարամագնիսական հատկությունները պայմանավորված են ոչ թե բոլոր ազատ էլեկտրոններով, այլ միայն $E$_F Ֆերմիի էներգիայի շրջակայքի շատ նեղ՝ $kT$ էներգետիկական տիրույթում գտնվող էլեկտրոններով։ Էլեկտրոնային գազի այդպիսի ուժեղ «այլասերման» պատճառով էլեկտրոնները բարձր ջերմաստիճաններում նկատելի ներդրում չեն ունենում ջերմունակության մեջ։ Ցածր ջերմաստիճաններում մետաղի ջերմունակությունը կարելի է ներկայացնել ցանցային ($C$ց) և էլեկտրոնային ($C$_էլ) բաղադրիչների գումարի տեսքով՝ $C$=$C$ց + $C$_էլ, որտեղ $C$ց~ $T$³, իսկ $C$_էլ~$T$։ Ընդ որում, ջերմաստիճանից գծայնորեն կախված էլեկտրոնային անդամը փորձում դիտվում է միայն շատ ցածր՝ մի քանի $K$ կարգի ջերմաստիճաններում։ 1928-ին Վ․ Պաուլին ուսումնասիրել է այլասերված էլեկտրոնային գազի պարամագնիսական հատկությունները, իսկ 1930-ին Լ․ Լանդաուն ցույց է տվել, որ ազատ էլեկտրոններն օժտված են նաև դիամագնիսականությամբ, որը կազմում է սպինային պարամագնիսականության 1/3 մասը։
Քանի որ մետաղներն այլասերված հաղորդիչներ են, ուստի էլեկտրոնային գազի խտությունը գործնականում կախված չէ ջերմաստիճանից։ Հետևաբար, մետաղների տեսակարար դիմադրության ($p$) կախումը ջերմաստիճանից ամբողջությամբ պայմանավորված է էլեկտրոնների շարժունակության ջերմաստիճանային կախումով։ Նկ․ 1-ում տրված է համեմատաբար մաքուր մետաղների տեսակարար դիմադրության որակական կախումը ջերմաստիճանից։ Բարձր ջերմաստիճաններում՝ գծային, ինչպես նաև ցածր ջերմաստիճաններում՝ հինգերորդ աստիճանի կախումները պայմանավորված են ֆոնոնային ցրման մեխանիզմով։ Բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճաններում, որտեղ գերակշռող նշանակություն է ստանում էլեկտրոնների ցրումը խառնուրդներից, $p$-ն դադարում է կախված լինել ջերմաստիճանից (Մատիսենի կանոն)։
Մետաղական վիճակի հետևողական տեսության կառուցման համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել երկու կարևոր հանգամանք՝ էլեկտրոնների փոխազդեցությունը ցանցի պարբերական դաշտի հետ և էլեկտրոնների փոխազդեցությունը միմյանց հետ։ Առաջին փոխազդեցության հաշվառումը (Բլոխ, Բրիլյուեն, 1929–30) հանգեցրեց գոտիների տեսության ստեղծմանը։ Բյուրեղային ցանցի դաշտի պարբերականությունից բխում է Համիլտոնի օպերատորի տրանսլյացիոն ինվարիանտությունը։ Դա թույլ է տալիս էլեկտրոնի ալիքային ֆունկցիան ներկայացնել $\Psi _{1{\vec {p}}}({\vec {r}})=exp({\frac {i{\vec {p}}{\vec {r}}}{\hbar }})U_{1{\vec {p}}}({\vec {r}})$ տեսքով, որտեղ 1-ը թույլատրելի գոտու համարն է, ${\vec {p}}$-ն՝ քվազիիմպուլսը, իսկ $U({\vec {r}}+{\vec {a}})=U({\vec {r}})$-ը պարբերական ֆունկցիա է ըստ ցանցի ${\vec {a}}$-ն հաստատունի։ Այստեղից պարզորոշ երևում է ազատ էլեկտրոնի իմպուլսի և քվազի իմպուլսի նմանությունը, սակայն, ի տարբերություն իմպուլսի, քվազիիմպուլսը միարժեքորեն որոշված չէ։ Այսպիսով, էլեկտրոնի վիճակը պարբերական դաշտում նկարագրվում է 1 և $p$ քվանտային թվերի հավաքածուով։ Ըստ գոտիների տեսության՝ մետաղների էլեկտրական, ջերմային, մագնիսական և այլ հատկություններ որոշվում են մասնակիորեն լրացված գոտում գտնվող հաղորդականության էլեկտրոնների դինամիկական և ստատիկական հատկություններով։ Ընդ որում, հաղորդականության էլեկտրոնների դինամիկական հատկությունները պայմանավորված են դիսպերսիայի $g({\vec {p}})$ օրենքով, ըստ որի էներգիան կարող է ամենաբարդ ձևով կախված լինել քվազիիմպուլսից։ Գործնականում ավելի նպատակահարմար է դիտարկել ոչ թե էներգիայի կախումը քվազիիմպուլսից, այլ իզոէներգետիկական մակերևույթները՝ $g({\vec {p}})=g$, որոնք նույնպես լրիվ բնութագրում են դիսպերսիայի օրենքը։ Եվ քանի որ բոլոր երևույթներում էական դեր են խաղում Ֆերմիի էներգիային մոտ էներգիաներով ($g=E_{F}$) մասնիկները, ուստի դրսևորվում են էլեկտրոնների դիսպերսիայի օրենքի այն կողմերը, որոնք կապված են $g({\vec {p}})$-ի վարքի հետ՝ $g({\vec {p}})=E_{f}$ Ֆերմիի մակերևույթի մոտ։ Գոյություն ունեն Ֆերմիի մակերևույթի որոշման ժամանակակից մի շարք փորձարարական մեթոդներ։ Դրանց հիմքում ընկած են այնպիսի երևույթներ, ինչպիսիք են դե Հաազի–վան Ալվենի էֆեկտը, դիմադրության փոփոխությունը մագնիսական դաշտում, անոմալ սկին էֆեկտը, ուլտրաձայնային ռեզոնանսը ևն։ Նկ․ 2-ում պատկերված է պղնձի Ֆերմիի մակերևույթը ըստ Պիպարդի չափումների։ Մետաղների էլեկտրոնային տեսությունը կառուցելիս ամենաբարդը միջէլեկտրոնային փոխազդեցության հաշվառումն է։ Այդ տեսակետից առավել արդյունավետ է Լանդաուի մշակած մոտեցումը, ըստ որի՝ էլեկտրոնային գազ-հեղուկ աստիճանական անցման ժամանակ էլեկտրոնի վիճակը բյուրեղում նորից կարելի է նկարագրել ${\vec {p}}$ և 1 քվանտային