Модель Дебая

По просьбе нашего читателя постараемся описанную тему от 14:34 | 16.07.2017 раскрыть ещё глубже, сегодня рассмотрим Модель Дебая. Не будем разливать воду, а преступим рассмотрению этого вопроса.

Основное положение

Магнитное охлаждение было предложено Дебаем в 1926 г. для получения сверхнизких температур. Основу его составляет адиабатическое размагничивание большой группы парамагнитных солей (железоалюминиевые квасцы). Явление изменения температуры при адиабатическом размагничивании называется магнетокалорическим эффектом.

Рисунок 1. Модель Дебая.

Модель Дебая оценивает вклад колебаний решетки в теплоемкость. Учитывается, что атомы-осцилляторы в кристаллической решетке упруго связаны друг с другом, и поэтому их колебания зависимы. Для объяснения влияния связи атомов на частоты их колебаний можно увидеть две модели - свободного и связанного маятников. Для свободного маятника собственная частота колебаний зависит только от его длины - это маятник имитирует рассмотренные выше модели независимого осциллятора.

Эта ситуация сравнивается с двумя упруго связанными друг с другом маятниками, колебательный процесс которых уже более сложный: каждый из них имеет одинаковую собственную частоту, но появляется также дополнительная комбинационная частота. Если бы маятников было три, то для такой системы возникли бы три характерные частоты.

Определение 2

Дальнейшее увеличение температуры не приводит к появлению новых мод колебаний, а лишь ведет к увеличению амплитуд уже существующих, то есть средняя энергия колебаний с ростом температуры растет. Температура Дебая характеризует максимальную частоту колебаний атомов, скорость звука, межатомные связи, упругие константы и зависит от кристаллического строения, электронной структуры, фазового состава и тому подобное.

В кристалле в данном направлении могут распространяться независимо три волны:

• две поперечных, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях;
• одна продольная.

Замечание 1

В свою очередь $CdSe$ является важным материалом для развития различных современных технологий твердотельных устройств, таких как тонкопленочные транзисторы высокой эффективности, светодиоды, солнечные батареи, детекторы радиационного излучения и нелинейные оптические приборы. Полупроводниковые кристаллы, нано-кристаллы и пленки $CdSe$ и $CdTe$, как чистые, так и с содержанием примесей пользуются высоким технологическим интересом благодаря стабильным свойствам при высоких мощностях и температурах.

Однако, имеющиеся в литературе экспериментальные результаты исследования представленных полупроводниковых кристаллов недостаточны, а существующие теории расчета термодинамических параметров дают только качественную картину и не всегда позволяют интерпретировать экспериментальные результаты для реальных кристаллов.

Замечание 2

Интерес к расчету температуры Дебая увеличивается как с стороны полуэмпирических, так и зонных методов расчета, за счет того, что модель Дебая предлагает простой, но очень эффективный способ описания фононного вклада в энергию Гиббса кристаллической фазы. Численные значения энергии Гиббса, которые используются для расчета фазовых диаграмм, полученных с использованием ряда подгоночных параметров. В полученных таким образом значениях отсутствует любой физический смысл.

Энергия Гиббса кристаллической фазы должна быть найдена из составляющих физических компонентов, то есть энергии основного состояния, энергии колебаний решетки, энергии электронного возбуждения, энергии электронного упорядочения спинов и т.д. Представленная методика является эффективной для стабильных кристаллических фаз и определяется широкой областью применения метода.

Квантовая статистика смогла в ходе своего становления устранить трудности в объяснении прямой зависимости теплоемкости от действующей температуры. Согласно квантовой механике вся энергия вращательной энергии молекул, а также энергетические колебаний атомов в данных веществах могут принимать исключительно дискретные показатели. Если энергия теплового молекулярного движения значительно меньше разности аналогичного параметра между двумя параллельными уровнями, то при взаимосвязи молекул вращательного и колебательного вещества уровни не возбуждаются.

Именно в связи с таким явлением, поведение двухатомного газа при низких температурах подобно процессам, происходящим в одноатомном газе, который на постоянной основе рассматривается только как материальная точка. Разность между соседними вращательными уровнями больше, чем между колебательными линиями, следовательно, при изменении температур такие процессы возбуждаются не одновременно.

Заключение

Конечно можно много говорить по теме Модель Дебая, но основную суть мы изложили по этому вопросу. Если вам нужно дополнительная консультация, пожалуйста пишите ваши сообщения нам на почту. Все поступившие вопросы рассматриваются и не остаются без ответа.