64
О диффузии в кристалах
«Эта книга не учебник, не справочник, не монография, а рассказ об одной из сторон жизни кристаллов» — так начинает профессор Я. Е. Гегузин свою книгу*). Точнее, это не рассказ, а 80 коротких рассказов-черков об одном из видов теплового движения atoms в кристалах — о блуждании atoms по кристаллу. За каждимся холодным покем кристаллов скрывается активное движение atoms, многообразное и непрекрашающееся. Атомы не только колебляются, то есть как бы топчется околосонх мест. Они могут меняться местами, блуждать по кристаллу. Если кристалл свободен от различных недородностей и на него не действуют никакие внешние силы, то блуждание atoms по кристаллу происходит бесплатно, случайно. Но если в кристалле появляется маленький признак «неопорядка» — царапина, пюра, если кристалл скат или растянут, кристаллу придана несвойственная ему форма, если число примесных atoms в одной части кристалла больше, чем в другой, — одним словом, если состояние кристалла неравновесное, сейчас же потоки atoms становятся направленными — начинается диффузия. Например, автор широко пользовется образной аналогией: «…Мне представляется гора, с вершины которого к подножю скатывются камни… У каждого камня есть избыточная энергия, которая освободится, когда камень скатится к подножю горы… Камней много, они катятся, стalkиваются,…, после чего один движется к подножю еще стремительнее, а другие начают движаться вверх. Участь каждого из камней может быть различной и переменной. Оdnako все они в конечном случае стремятся к подножю горы». Кристалл со многими признаками неравновесности автор уподобляет горе и камня на ее вершине. Каждый признак неравновесности кристаллического тела — это камень на вершине горы, а процесс направленного движения atoms — процесс диффузного устройства неравновесности — подобен скатыванию камня к подножю. Камень скатывется к подножю горы — освобождается та избыточная энергия, которое обладает на вершине. Кристалл освобождается от неравновесности — выделяется лишня энергия, кристалл из неустойчивого состояния переходит в более устойчивое. «И может оказаться, — пишет Я. Е. Гегузин, — что кристалл сочет целесообразным один из признаков неравновесности усугубить для того, чтобы иная неравновесность сгладилась быстрее и более полно».
Очерки Я. Е. Гегузина повестиют о множестве свободных явлений, сопровождающих диффузию или объясняемых диффузией. «Для диффузии нужна пустота» — называется один из очерков. Оказывается, в структуре кристалла для блуждающих atoms как бы специально заготовленных пустые места — так называемые вакансии, «атомы пустоты»: в каком-то месте в структуре кристалла не хвадает.atoma.
Как ведут себя эти вакансии? Представьте себе пустое место в ряду зрителей в кино, где-то в середине ряда. Вы хотите занять его. Можно, конечно, пройти вдоль всего ряда, мешая другим зрителем, а можно поступить инчае: попросите их подвинуть — каждый перевиется на соседнее место, а в результате пустое, ваканное место как бы выпливет к вам из середины ряда, как бы само пустое место пропустствует по ряду. Так путешествует вакансии в кристалле. И не думайте, что это бывают редко. Я. Е. Гегузин приводит некоторые цифры: в кристалле золотота при температуре, близкой к температуре плавления (1130 °К), каждая вакансия за одну секунд совершает 10^10 скачков, она движется