Переходы между равновесными и неравновесными явлениями в описании роста кристалла

Номер выпуска 4 от 14.09.2025

Тесное переплетение равновесных и неравновесных термодинамических представлений и переходов между двумя предельными принципами термодинамики: вторым началом и принципом наименьшего принуждения (минимумом производства энтропии в стационарном режиме) – составляет основное содержание феноменологических теорий роста кристалла. Различие базовых постулатов двух разделов термодинамики вынуждает обсуждать проблемы обратимости и необратимости времени, масштабов наблюдаемых явлений и правил сопряжения термодинамических сил и потоков в теориях роста кристалла. Вариант решения некоторых проблем сопряжения показан на примере флуктуационной модели дислокационного роста кристалла, в основе которой лежит стационарный изотермический процесс термодинамических флуктуаций свободной энергии. В случае предельного режима адсорбции примесей на грани кристалла по модели Ленгмюра флуктуации свободной энергии, обладающие отсутствием эффекта памяти, позволяют выделить три химических потенциала строительных частиц, определяющих соответствующие значения пересыщений раствора, реализующиеся на разных масштабных уровнях у растущей грани кристалла, содержащей винтовую дислокацию. Пересыщения управляют квазиравновесными и неравновесными термодинамическими процессами, составляющими единый дислокационный механизм роста кристалла.

67 0

Атомно-силовая микроскопия и строительная частица во флуктуационной теории роста кристалла

Номер выпуска 2 от 14.09.2025

Обсуждаются особенности применения низкоэнергетического атомно-силового микроскопа (АСМ) для изучения динамического процесса роста грани с позиции флуктуационной модели роста кристалла. Показано, что взаимодействие зонда с участком растущей поверхности кристалла в масштабе времени, характерном для последовательности флуктуаций свободной энергии, служит ограничивающим фактором для построения изображения поверхности растущей грани. Продемонстрировано согласие феноменологического и квантового (по соотношению неопределенностей) описаний эффекта предельного увеличения растущей грани кристалла в АСМ. Обсуждаются также особенности регистрации роста ступени на грани кристалла с помощью просвечивающего/сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения в газовой среде. Эффект предельного увеличения при наблюдении роста в АСМ служит основанием для обсуждения концепции переходного состояния вещества при топохимической реакции роста кристалла и феномена строительной частицы.

9 0

Переходное состояние вещества во флуктуационной модели роста кристалла

Номер выпуска 5 от 14.09.2025

Обсуждаются два механизма воздействия переходного состояния строительных частиц (активированных комплексов по С. Аррениусу) на скорость роста кристалла в рамках флуктуационной модели дислокационного роста. Адсорбированные на поверхности растущей грани кластеры переходного состояния выполняют функцию примеси, понижающей поверхностную энергию кристалла в моменты между флуктуациями свободной энергии. Так переходное состояние кристаллизующегося вещества по первому механизму влияет на скорость релаксационного процесса вторичной адсорбции примесей и сокращает период присоединения строительных частиц к грани кристалла. Другие кластеры, образующиеся в растворе, сокращают количество свободных частиц и в условиях низкой концентрации строительного вещества способны понизить скорость кристаллизации. Тем не менее в природной многокомпонентной среде кристаллизации, при малых концентрациях строительного вещества, значимом тепловом эффекте кристаллизации и небольших отклонениях от равновесия роль переходного состояния при росте кристалла в целом незначительна.

7 0