Русская Википедия:Фактор Дебая — Валлера

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Фактор Дебая — Валлера (или Дебая — Уоллера) — безразмерная величина, характеризующая влияние тепловых колебаний кристаллической решётки на процессы упругого рассеяния или испускания (без отдачи) излучения в кристалле. Величина была введена голландским физиком Петером Дебаем в 1913 году применительно к задаче о дифракции рентгеновских лучей в кристалле, десять лет спустя она была уточнена шведским физиком Шаблон:Нп5. Фактор Дебая — Валлера используется для описания температурной зависимости вероятности ряда процессов: упругого когерентного рассеяния рентгеновских лучей, гамма-квантов и нейтронов, а также резонансного поглощения и испускания гамма-квантов в кристаллах (эффект Мёссбауэра). В некогерентном случае аналогичная величина называется Шаблон:Нп5.

Наличие колебаний решётки приводит к уменьшению интенсивности рассеяния, которое описывается следующим образом:

<math>I=I_0 \exp(-W)</math>,

где <math>I_0</math> — интенсивность рассеяния в случае жёсткой решётки. Экспоненциальный множитель называется фактором Дебая — Валлера и в общем случае определяется усреднённым по всем колебательным (фононным) состояниям матричным элементом величины <math>\exp(i P u_n / \hbar)</math>, где <math>P</math> — импульс, передаваемый кристаллу (разность между начальным и конечным импульсами рассеиваемой частицы), <math>u_n</math> — смещение соответствующего атома из положения равновесия, <math>\hbar</math> — постоянная Планка.

В классическом случае рассеяния рентгеновских лучей показатель экспоненты можно вычислить как <math>W=\langle(\mathbf{q} \mathbf{u}_n)^2\rangle</math>, где <math>\mathbf{q}</math> — вектор рассеяния (разность волновых векторов начального и рассеянного излучения), угловые скобки означают усреднение. Для одноатомного кубического кристалла (изотропная среда) <math>W \approx q^2 \langle u_n^2\rangle/3</math>. Используя далее модель Дебая твёрдого тела, можно получить приближённые выражения для фактора как функции температуры:

<math>W=\frac{3 \hbar^2 q^2 T}{m k_B \theta_D^2}</math> при <math>T>>\theta_D</math>

и

<math>W=\frac{3 \hbar^2 q^2 }{4 m k_B \theta_D} \left[ 1+\frac{2 \pi^2}{3} \left(\frac{T}{\theta_D} \right)^2 \right]</math> при <math>T<<\theta_D</math>.

Здесь <math>\theta_D</math> — температура Дебая, <math>m</math> — масса атомов, составляющих кристалл, <math>k_B</math> — постоянная Больцмана.

Литература