Както се появят фазови преходи. Какво точно се случва с дадено вещество, например, чрез топене. Тя ще изглежда, че въпросът! - отговорът е известно, че всеки студент: е кристал. него обобщи топлина или топлина, се достигне температура на топене и се топи, тя се превръща в течност. Отговорът, разбира се, е вярно, но - да се постигне целта. Това е описателен отговор, той обяснява, че изглежда като преходна фаза, но не обясни как точно ще се случи.
Добре. Ние правим втори план. Кристал - строго нареди състояние на материята; атома (или молекули) са в редовен решетка, особено не се движи навсякъде, и само леко се люлее около позицията на равновесие. Течност, а напротив, налице е напълно разстроен състояние на материята; атоми в него се движат хаотично. Ето защо, топенето се случва, когато атомите в едно солидно начало да се колебаят толкова много, че може да "пробие" от местата си и да започне да ходи свободно през кристала.
Тя вече е по-топло, но това не е точно това, което ви трябва. Това, което току-що описах, той е като в началото и края на "Историята". Подобно, че е така, защото на атомно ниво е като кристал, и така тук изглежда течност. Най-интересната част - липсва. Ние все още не са отговорили на въпроса как фазовия преход възниква, как започва топене. Тук ние мислим, и все пак, в действителност, от началното и крайното състояние на материята не е ясно как се случва на прехода, атомите ще знаят, че вече трябва да започне да се скитат около кристала. Дали атоми са разбити от местата си индивидуално или колективно? И може би, по двойки? Има ли унищожаването на поръчаното държавата от целия кристал, или само на определени места? Или може би, това подреждане се губи нито веднъж и не напълно? И колко време трансформацията? Дали е сравнима с типичен период от време на вибрации на атомите в решетката, или е повече? А цял куп въпроси и молба, ние вече знаем, че е потопил в напълно различна област на физиката. Площта, която изучава не само стабилни началните и крайните състояния на системата, но и като процес се разгръща във времето, като едно преходно, нестабилно състояние заменя с друг. Тази област на физиката се нарича кинетика, в най-широкия смисъл на думата. Така че, на всички наши въпроси, свързани с кинетиката на фазовите преходи. кинетиката на топене.
В тази статия ние се интересуваме особено топенето на двуизмерни кристали. Такъв подход може да доведе до объркване на читателя: което има някаква разлика в поведението на 1-, 2- и 3-измерни кристали? И най-общо казано, в които сте виждали в природата на двуизмерни кристали?
Да, оказва се, има разлика, и, освен това, от съществено значение! Топенето на двуизмерни кристали оказаха толкова интересен и необичаен процес, който изследователите започнаха да се създаде изкуствено двуизмерен кристали (или по-скоро, системи, които се държат като двуизмерни кристали), за да се тества предвижданията на теорията. Въпреки това, преди описвайки го, нека да се запознаят с терминологията на "скучен" пример за конвенционален, триизмерен кристал (Защо това е скучно например, скоро ще стане ясно).
Според съвременните концепции, топенето на обикновената, триизмерен кристала е така. Тъй като температурата се увеличава амплитудата на вибрациите на термични атоми се увеличава и по този начин повишаване на мобилността на отделните атоми или групи от атоми. Повишената мобилност на атоми се увеличава вероятността, че атом "скок" от своята решетка сайт. В резултат на спонтанно започват да се появят различни дефекти решетъчни. Тези дефекти могат да бъдат точкови (места и заставки), възникващи поради скачане един атом, и може да бъде удължен (размествания) поради силно отклонение група от атоми. Това - т.нар етапа преди топене.
При температура, равна на концентрацията на точка на топене дефект достигне критична стойност - материалът губи своята сила, кристалът се разлага в множество малки острови, които започват да се "плаващо". Когато по-нататък се подава топлина, тези острови се разпадне на отделни атоми - така получената течна фаза.
Това - на качествена картина. Учените, обаче, отдавна се опитват да се изгради и количествено описание на процеса на топене, което е, да се предскаже точката на топене на теория. Един от най-успешните опити беше идеята, предложена от Lindemann през 1910. Предполага се, че топенето на кристалната решетка се случва, когато трептенията на топлина започне да доведе до сблъсък на атома. Ние сме сега, разбира се, знаете, че атомите - това не е трудно топки, така че да се говори за сблъсък на атоми правилно. Въпреки това, тази идея е по същество, че е жизнеспособна. В съвременната формулировка критерий Lindemann е: топене започва, когато средната амплитуда на колебанията на атомите достигне критична стойност. За описание на този параметър е вписано Lindemann.
където U (0) - на позиция вектора на избрания атом в първоначалното време, ф (т) - вектор, на позицията на атом в T време. <.> Това показва средно над цялата система (физика каза ансамбъл), с - разстояние между възлите на решетката. В зависимост от типа решетка, критичен параметър Lindemann е 0,07-0,11. Тя трябва да бъде такива вибрации на атоми към решетката свити. Лесно е да се разбере, че в течна фаза Lindemann параметър начален час зависимата: т.е. атом с течение на времето все повече и повече от първоначалната си позиция.
Сега започва забавно. За разлика от това, нека разгледаме едномерен кристал, че е просто един безкраен двумерен верига от атоми, свързани помежду си чрез interatomic сили. Статистическа физика на такава система води до неочакван резултат: появява него, по такъв кристал е енергично благоприятни колективно мечка дълги вълни вибрации (фонони). Така предимство е, че при всяко крайно температура ще samonarozhdatsya: топлинна енергия от атомната вибрации енергия влиза колективни трептения. И ако амплитудата на колебанията на колективните достигне даден момент определена критична стойност (и това ще се случи рано или късно), кристалът на този етап е просто да се спука! Забележете колко е важно една размерност: факта, че в три измерения ще доведе само до точка, дефект, в този случай води до разкъсване на целия кристал - това е достатъчно, за да откъсне само една връзка, а на кристала е унищожена!
От тази качествена картина поразително заключение следва: в единия случай, в който и да е краен температура не е стабилно кристално състояние на материята!