Туннельно-термоактивационный механизм диффузии вакансий в квантовом кристалле

Анотація

Рассмотрена модель вакансии в квантовом кристалле как псевдочастицы, которая имеет метастабильные квантовые состояния, локализованные на узлах решетки в потенциальных ямах кристаллического поля. Предполагается, что квантовую динамику такой вакансии можно описать в квазиклассическом приближении, а ее спектр состоит из широкой зоны и отщепленных от нее вниз одного или двух дис-кретных уровней. Диффузионное перемещение вакансии в объеме кристалла сводится к последовательности случайных туннельных и термически активированных скачков между узлами решетки. Показано, что температурная зависимость коэффициента диффузии вакансий имеет специфическую особенность: монотонное уменьшение при охлаждении с резким переходом от экспоненциального закона, характерно-го для высокотемпературной термически активированной диффузии, к атермическому туннельному процессу в области предельно низких температур. Аналогичная особенность недавно зарегистрирована при экспериментальном изучении массопереноса в кристаллах ⁴He и ³He (ФНТ 41, 223 (2015); ФНТ 42, 1372(2016)). Данный механизм диффузии вакансий и его анализ дополняют предложенную ранее А.Ф. Андреевым и И.М. Лифшицем концепцию диффузионного течения квантового газа дефектонов-квазичастиц с зонным энергетическим спектром (ЖЭТФ 56, 2057 (1969); УФН 118, 251 (1976)).