Предлагаемая вниманию читателей книга известного американского металлофизика Р. Вейсса представляет собой фундаментальную монографию по физике твердого тела. Основной целью книги является установление связи между различными физическими свойствами и электронной структурой металлов и сплавов. Автор поставил перед собой трудную и ответственную задачу — показать широкому кругу читателей, каким образом результаты наиболее важных физических исследований дают возможность получить качественную, а в ряде случаев и количественную информацию об электронной структуре твердого тела.
В соответствии с этой задачей книгу условно можно разделить на две основные части •— теоретическую и экспериментальную. В первой части (гл. 1-—4) рассматриваются вопросы строения атома, молекулы и твердого тела в целом с точки зрения современных представлений электронной теории. Здесь обстоятельно показано, каким образом использование волнового уравнения Шредингера позволяет объяснить возникновение межатомной связи в кристаллических решетках различных твердых тел и понять ряд специфических свойств, присущих металлам и сплавам. В главе, посвященной рассмотрению влияния температуры и давления, освещаются теоретические основы термодинамики твердого тела, в частности дебаев-ская теория теплоемкости, термодинамика фазовых превращений и изменение электронной структуры и физических свойств металлов и сплавов в зависимости от давления. Кратко рассмотрены также статические и динамические свойства атомного ядра и наиболее важных для физики твердого тела элементарных частиц.
Во второй части книги (гл. 5—12) дается детальный анализ наиболее важных физических методов исследования строения твердого тела. Большое внимание уделяется использованию рентгеновских лучей, электронов и нейтронов при определении кристаллической структуры веществ, размеров атомов и характера их упоря-
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие редактора перевода.................. 3
. Предисловие............................ 5
Глава 1. Атом.......................... 7
A. Квантовая механика и атом водорода (7).
Введение в квантовую механику (7). Уравнение Шредингера (7). Атом водорода (8). Принцип неопределенности Гейзенберга (14). Задачи (15). Б. Атом гелия (17).
Введение к проблеме гелия (17). Самосогласованное поле Хартри (17). Принцип исключения Паули (21). Задачи (21).
B. Периодическая система химических элементов (22). Построение периодической системы (22). Свойства элементов (27). Задачи (30).
Глава 2. Молекула и твердое тело ............*. . . 32
A. Молекула (32).
Молекула водорода (32). Другие молекулы (35). Теоретический'подход к более сложным молекулам (36). Задачи (37). Б. Твердое тело (38).
Электронная теория твердых тел. Металлический литий (38). Различные методы решения уравнения Шредингера для кристалла (47). Теория свободных электронов (50). Электроны связи (54). Теория кристаллического поля. Жидкости (59).
B. Переходные и редкоземельные металлы (61). Г. Магнетизм (68).
Задачи-(71).
Глава 3. Температура и давление................74
A. Температура (74).
Определение понятия температуры (74). Гармонический осциллятор (75). Ангармонический осциллятор (76). Связанные гармонические осцилляторы (77). Определение собственных значений энергии кристалла (81). Одномерная цепочка атомов (81). Нормальные системы в трех измерениях (83). Термодинамика (84). Теория Дебая (87). Спектр частот ванадия (89). Фононы (89). Упругие постоянные (90). Электронная составляющая удельной теплоемкости (91). Функция Ферми — Дирака (92). Магнитная теплоемкость. Спиновые волны (95). Термодинамика фазовых превращений (99). Б. Давление (99).
B. Жидкости (103). Задачи (104).
453
Глава 4. Ядро .........................108
А. Статические свойства ядра (108). Б. Динамические свойства ядра (111).
Радиоактивный распад (111). Взаимодействие с нейтронами (115).
Взаимодействие с протонами, дейтронами и а-частицами (118).
Задачи (119). Глава 5. Экспериментальные методы ..............121
Введение (121).
Методы (121). Подготовка образцов (126). А. Анализ чистых металлов (126). Б. Анализ сплавов (128).
Задачи (131). Глава 6. Дифракция.......................132
Введение (132). Рентгеновские лучи (133).
A. Кристаллическая структура, положение атомов в элементарной ячейке и размеры атомов (135).
Определение кристаллической структуры (135). Размеры атомов в сплавах (138). Ближний порядок (144). Дальний порядок (148). Теория упорядочения (153). Б. Распределение электронной плотности (154).
Методика определения (154). Экспериментальные трудности (154). Связь между структурным множителем и электронной плотностью (169). Связь между распределением электронной плотности и ком-птоновским рассеянием (175).
B. Тепловое рассеяние (178). Нейтроны (187).
A. Кристаллическая структура, положения и размеры атомов (190). Определение направлений магнитных моментов в кристалле (190). Магнитная структура переходных металлов (194). Магнитная структура редкоземельных металлов (200). Упорядоченные сплавы (201). Размерные эффекты (202). Влияние экстинкции (202). Диффузное рассеяние (203).
Б. Распределение электронной плотности неспаренных электронов (204). Определение электронной плотности (204). Нейтронная дифракция в никеле (205). Магнитное рассеяние нейтронов в железе (209).
B. Тепловое рассеяние нейтронов (212).
Введение (212). Экспериментальные методы (213). Тепловое рассеяние в кремнии и алюминии (214). Электроны (221). Введение (221).
Определение положений атомов и распределения электронной плотности (223).
Исследование распределения электронной плотности в газообразном аргоне (223). Электронная дифракция молекул, поверхностей и т. д. (228). Задачи (233).
Глава 7. Спектроскопия твердого тела .............235
Введение (235).
А. Взаимодействие фотонов с твердым телом (235).
Упругое рассеяние (236). Неупругое рассеяние (238). Поглощение и испускание (238).
Б. Область рентгеновского излучения (239).
Поглощение рентгеновских лучей в аргоне (239). Рентгеновское излучение аргона (243). Рентгеновское излучение Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga и Ge (245). Определение плотности энергетических состояний
бериллия (248). Экспериментальные методы (251). В. Область видимого излучения (253).
Поглощение видимого света в алмазе (253). Цвет и зонная структура меди и серебра (255). Экспериментальные методы (258). Задачи (259).
Глава 8. Свойства явления переноса...............261
Введение (261).
Виды измерений (263),
Удельное сопротивление (265). Изменение сопротивления в магнитном поле (275). Эффект де Гааза — ван Альфена (283). Циклотронный резонанс (285). Аномальный скин-эффект (288). Эффект Холла (290). Термоэлектродвижущая сила (297). Сверхпроводимость (301). Задачи (307).
Глава 9. Термодинамика и межатомная связь ..........308
Введение (308).
A. Удельная теплоемкость и теплосодержание (308). Экспериментальные методы определения (308). Анализ удельной теплоемкости железа (315). Удельная теплоемкость кобальта при низких температурах (319). Вклад в удельную теплоемкость, создаваемый ядерным квадруполем (321). Информация, получаемая из данных по удельной теплоемкости (325).
Б. Перенос фононов (328).
Методы определения теплопроводности (328). Теплопроводность Си и Ni (331). Теплопроводность при низких температурах (333). Экспериментальные методы исследования ультразвуковых колебаний (334). Ослабление ультразвука в магнитном поле (335).
B. Теплота и энтропия образования сплавов (336). Термодинамика и силы межатомной связи в сплавах (336). Правила Юм-Розери (337). Термодинамика сплавов Си — Аи и Аи — Pt (338). Экспериментальные методы (341). Результаты исследования систем Аи — Pt и Аи —Си (343).
Г. Исследование влияния давления (347).
Измерение давления (347). Переход a-Fe в y-Fe при комнатной температуре (349). Смещение точки Кюри (349). Изменение упругих постоянных (350). Изменение удельного электрического сопротивления (350). Задачи (352).
Глава 10. Намагничивание....................354
Введение (354).
Экспериментальные методы исследования (355). Обсуждение результатов исследований. Орбитальный диамагнетизм (360). Ферромагнитные металлы (362). Антиферромагнитные металлы (367). Парамагнетизм (369). Парамагнетизм, обусловленный электронами, находящимися на уровне Ферми (парамагнетизм Паули) (370). Орбитальный диамагнетизм (диамагнетизм Ландау) (373). Обменная поляризация электронов в энергетических зонах металлов (373). Парамагнетизм Ван Флека (374). Ферромагнитный резонанс (374). Антиферромагнитный резонанс (376). Парамагнитный резонанс атомов переходных металлов и атомов редкоземельных элементов (378). Парамагнитный резонанс электронов на уровне Ферми (378). Эффект Эйнштейна — де Гааза (и эффект Барнетта) (379). Задачи (381).
Глава 11. Ядерные измерения..................382
Введение (382).
А. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР) (383). Теоретические основы (383). Экспериментальные методы исследования (387). Сдвиг Найта у лития, натрия и бериллия (389). Сдвиг Найта в сплавах Ag—Cd (391).
Ферромагнитное смещение, в железе (392). Чистый квадруполь-ный резонанс у галлия (395). Зависимость сдвига Найта от температуры и давления (396). Интенсивность резонанса холоднодефор-мированной меди (396). Интенсивность резонанса в малолегированных медных сплавах (398). Второй момент (400). Анизотропный сдвиг Найта у Sn, Tl, Cd и Hg (401). Обменное расширение у Ag (401). Ядерный резонанс у Мп (402). Форма резонансной линии у хо-лоднодеформированной меди (403). Сужение резонансной линии у Na в результате диффузии (403). Времена релаксации в А1 и Си (406). Эффект Оверхаузера (409).
Б. Эффект Мессбауэра (409).
Теоретические основы (409). Эффект Мессбауэра у Fe (411).
В. Радиоактивные индикаторы (413).
Исследование диффузии (413). Микроскопические исследования. Авторадиография (415). Радиационные повреждения в Си (416).
Г. Анализ содержания примесей (419).
Активационный анализ (419). Ускорители Ван де Граафа (423).
Д. Аннигиляция позитрона в твердых телах (423). Задачи (427).
Глава 12. Отдельные задачи изучения электронной структуры металлов и проблема в целом...................428
Введение (428). Электронная структура меди и железа (428). Решения уравнения Шредингера для несовершенного кристалла (436). Задачи (437).
Приложение I. Таблицы термодинамических функций (439). Приложение II. Таблицы ядерных величин (443).
Ядерные магнитные моменты, ядерные квадрупольные моменты, ядерные спины (443). Поперечные сечения поглощения, поперечные сечения когерентного рассеяния, полные поперечные сечения рассеяния тепловых нейтронов (445).
Приложение III. Литература, универсальные постоянные (447). Литература для дальнейшего чтения (447). Общие руководства (449). Универсальные постоянные (449).
Цитированная литература...................450
Цена: 200руб.
