Bərk_cisimlərin_nəzəriyyəsi_(kitab)
Məzmun
Bərk cisimlərin nəzəriyyəsi ümumi nəzəri fizikanın mühüm bir tərkib hissəsini təşkil edir. İstənilən makroskopik sistem, o cümlədən bərk cisimlər yalnız iki növ stabil zərrəcikdən-nüvələrdən və elektronlardan ibarətdir. Kristallik bərk cisimlər makroskopik sistemlərin xüsusi halıdır. Belə ki, bu halda ağır zərrəciklər olan nüvələr elektronların əhatəsində müəyyən bir qayda ilə fəzada düzülərək kristal qəfəs əmələ gətirirlər. Müsbət yüklü nüvələr və mənfi yüklü elektronlar, bir-biri ilə kulon qarşılıqlı təsirdə olaraq, birlikdə dayanıqlı neytral sistemi-kristallik bərk cisimləri yaradırlar. Müxtəlif növ kristallik bərk cisimlər, onları təşkil edən nüvələrin müxtəlifliyi və onların əmələ gətirdiyi kristallik qəfəsin müxtəlif simmetriyaya malik olması ilə təyin olunur. Kristallik bərk cisimlərin bütün fiziki xassələri (termodinamik, kinetik, elektrik, optik, maqnit və s.) qəfəsin düyünlərindəki nüvələrin və qəfəs daxilində paylanmış elektronların hərəkətlərinin təbiəti ilə də müəyyən olunur. Hərəkətin təbiəti dedikdə onların hansı hərəkət növündə (rəqsi və ya irəliləmə) iştirak etməsi, eyni zamanda bunların klassik və ya kvant hərəkəti olması nəzərdə tutulur. Nəzəriyyənin əsas məqsədi bərk cisimlərin təcrübədə müşahidə olunan və ölçülən makroskopik fiziki xassələrini izah etmək və ya məlum olmayan yeni xassələrini əvvəlcədən söyləməkdən ibarətdir. Bunun üçün bərk cismin hər bir makroskopik xassəsinin mikroskopik nəzəriyyəsini qurmaq tələb olunur. Mikroskopik nəzəriyyə qurmaq makroskopik xassələri kristal qəfəs daxilində baş verən mikroskopik hərəkətlərlə əlaqələndirmək deməkdir. Bu məqsədlə bərk cismin daxili quruluşu haqqında konkret model qəbul etmək və onun əsasında mikroskopik nəzəriyyə qurmaq lazımdır. Hər şeydən əvvəl bərk cismi əmələ gətirən zərrəciklərin (nüvələrin və elektronların) hərəkətlərinin hansı tənliklərlə təsvir olunduğunu müəyyənləşdirmək lazımdır. Yalnız bundan sonra nəzəriyyənin klassik və ya kvant nəzəriyyəsi olması barəsində danışmaq olar. Bu məsələ araşdırılmış və kitabın əvvəlində şərh olunmuşdur. Göstərilmişdir ki, kristalı təşkil edən elektronların hərəkəti həmişə kvant təbiətlidir. Nüvələrin hərəkətinə isə yalnız yüksək temperaturlarda klassik hərəkət kimi baxıla bilər. Odur ki, kristallik bərk cisimlərin nəzəriyyəsi ümumi halda kvant nəzəriyyəsidir. Beləliklə, bərk cisimlərin nəzəriyyənin yeri ümumi nəzəri fizikada yeri qeyrirelyativistik kvant mexanikası oblastındadır, yəni əsas hərəkət tənliyi kimi Şredinger tənliyi götürülməlidir. Yuxarıda qeyd etdiyimiz kimi, istənilən kristallik bərk cisim iki altsistemdən: nüvələrdən və elektronlardan ibarətdir. Bu altsistemlərin hər birində zərrəciklərin sayı həddindən artıq çox olduğundan Şredinger tənliyinin analitik həllini tapmaq praktiki olaraq mümkün deyil. Ona görə də altsistemlərin daxili hərəkətinə növbə ilə baxılır. Əvvəlcə fərz edilir ki, elektron altsistemi hərəkətsizdir və onlar nüvə altsistemində paylanaraq onun dayanıqlığını təmin edir. Onda belə çıxır ki, nüvələr bir-biri ilə kvazielastiki qüvvələrlə əlaqədar olub, öz tarazlıq vəziyyətləri ətrafında rəqsi hərəkət edirlər, rəqslər isə qəfəs boyu yayılaraq elastiki dalğa əmələ gətirir. Bu dalğaların nəzəri tədqiqi fonon qazı anlayışını yaradır. Daha sonra fərz edilir ki, nüvələr tərpənməzdir və kristalın istənilən nöqtəsində onlar periodik elektrostatik potensial sahəsi yaradır. Elektronlar da tərpənməz nüvələr ətarfında simmetrik paylandığından onlar da periodik effektiv sahə yaradırlar. Beləliklə hər bir elektron nüvələrin və elektronların (baxılan elektronlardan başqa) yaratdığı periodik qəfəs potensialında hərəkət edir. Elektronların bu hərəkətinin öyrənilməsi zona nəzəriyyəsinin meydana çıxmasına gətirir. Nəticədə keçirici elektron və deşik kimi kvazizərrəclərin yükdaşıyıcılar olduğu məlum olur. Bundan sonra keçirici elektronlarla fononlar arasında qarşılıqlı təsir öyrənilir. Bərk cisimlərin nəzəriyyəsi çox geniş məsələləri əhatə edir və onun hamısını bir kitabda şərh etmək mümkün deyil. Onun hər bir xassəsinə ayrıca kitab həsr etmək lazımdır. Məsələn, bərk cisimlərin optik, maqnit və s. xassələrinin nəzəriyyəsi. Burada bərk cisimlərin yalnız termodinamik və kinetik xassələrin nəzəriyyəsi haqqında danışılacaq. Kitab əsasən fononlar, keçirici elektronlar və elektron-fonon qarşılıqlı təsiri adlı üç hissədən ibarətdir.