Кроссовер Иоффе-Регеля и бозонные пики в неупорядоченных твердых растворах и аналогичные им аномалии в гетерогенных кристаллических структурах

Abstract

На микроскопическом уровне проанализированы низкочастотные особенности фононных спектров неупорядоченных твердых растворов и гетерогенных кристаллических структур. Показана возможность возникновения возбуждений типа бозонных пиков в неупорядоченных твердых растворах, узлы которых имеют только трансляционные степени свободы. Таким образом, установлено, что основной причиной возникновения таких возбуждений является обусловленная разупорядочением дополнительная положительная дисперсия звуковых волн. Исследовано влияние возбуждений типа бозонных максимумов на низкотемпературную теплоемкость. Установлено, что в ряде случаев теплоемкость является более чувствительной к возбуждениям такого рода, чем низкочастотная плотность состояний. Показано, что аномалии, подобные кроссоверу Иоффе–Регеля и бозонному пику, могут возникать также и в упорядоченных гетерогенных кристаллических структурах со сложной решеткой.

На мікроскопічному рівні проаналізовано низькочастотні особливості фононних спектрів неупорядкованих твердих розчинів і гетерогенних кристалічних структур. Показано можливість виникнення збуджень типу бозонних піків у неупорядкованих твердих розчинах, вузли яких мають тільки трансляційні ступені свободи. Таким чином, встановлено, що основною причиною виникнення таких збуджень є додаткова позитивна дисперсія звукових хвиль, яка обумовлена розупорядкуванням. Досліджено вплив збуджень типу бозонних максимумів на низькотемпературну теплоємність. Встановлено, що в ряді випадк ів теплоємність є більше чутливою до збуджень такого роду, ніж низькочастотна щільність станів. Показано, що аномалії, які подібні кросоверу Іоффе–Регеля й бозонному піку, можуть виникати також і в упорядкованих гетерогенних кристалічних структурах зі складною граткою.

The low-frequency peculiarities of phonon spectra of disordered solid solutions and heterogeneous crystal structures have been analyzed on the microscopic level. Solid solutions with only translational degrees of freedom have been studied. It is shown that there may occure boson peaks like disturbances in such solid solutions. It is found that such disturbances are mainly due to the additional dispersion of sound waves caused by disordering of solid solutions.The influence of disturbances of the boson maximum type on low temperature heat capacity has been studied. It is found that in a number of cases the heat capacity is more sensitive to these disturbances than the low-frequency phonon density of states. It is shown that anomalies like the Ioffe-Regel crossover and boson peak may also appear in heterogeneous crystal structures with a complicated lattice.