Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода
Исследована низкотемпеpатуpная пластичность монокpисталлов твердого параводорода (концентрации ортоводорода ~0,2%, неводородных примесей ~1,5×10⁻⁴% и содержание примесей изотопа водорода - дейтерия - [D]/[H]~(5-6)×10⁻³%) в области темпеpатуp 1,8-4,2 К в условиях ползучести образцов под действием пос...
Збережено в:
| Дата: | 2002 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Назва видання: | Физика низких температур |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130250 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода / Л.А. Алексеева, А.В. Пустовалова, В.И. Хатунцев, Ю.В. Бутенко // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 1. — С. 79-83. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-130250 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1302502018-02-10T03:04:43Z Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода Алексеева, Л.А. Пустовалова, А.В. Хатунцев, В.И. Бутенко, Ю.В. Физические свойства криокристаллов Исследована низкотемпеpатуpная пластичность монокpисталлов твердого параводорода (концентрации ортоводорода ~0,2%, неводородных примесей ~1,5×10⁻⁴% и содержание примесей изотопа водорода - дейтерия - [D]/[H]~(5-6)×10⁻³%) в области темпеpатуp 1,8-4,2 К в условиях ползучести образцов под действием постоянного механического напряжения σ. Обнаружен сложный характер зависимости константы логарифмической ползучести p-H₂ от напряжения и темпеpатуpы, а также ее аномальные особенности, которые указывают на возможное участие вакансионов в кинетике неустановившейся ползучести монокpисталлов параводорода при малых s или на когерентное движение перегибов на дислокациях. The low-temperature plasticity of single crystals of solid parahydrogen (orthohydrogen concentration ∼0.2%, nonhydrogen impurities ∼1.5×10⁻⁴%, and isotopic impurities of hydrogen — deuterium — [D]/[H]∼(5–6)×10⁻³%) in the is investigated in the temperature range 1.8–4.2 K under conditions of sample creep under the influence of a static mechanical stress σ. A complicated dependence of the constant of the logarithmic creep of p-H₂ on the stress and temperature is observed, along with the anomalous features of the creep that indicate either the possible involvement of vacancies in the kinetics of the unsteady creep of parahydrogen single crystals at small σ or the coherent motion of kinks on dislocations. 2002 Article Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода / Л.А. Алексеева, А.В. Пустовалова, В.И. Хатунцев, Ю.В. Бутенко // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 1. — С. 79-83. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 62.20.-x, 67.80.-s http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130250 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физические свойства криокристаллов Физические свойства криокристаллов |
| spellingShingle |
Физические свойства криокристаллов Физические свойства криокристаллов Алексеева, Л.А. Пустовалова, А.В. Хатунцев, В.И. Бутенко, Ю.В. Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода Физика низких температур |
| description |
Исследована низкотемпеpатуpная пластичность монокpисталлов твердого параводорода (концентрации ортоводорода ~0,2%, неводородных примесей ~1,5×10⁻⁴% и содержание примесей изотопа водорода - дейтерия - [D]/[H]~(5-6)×10⁻³%) в области темпеpатуp 1,8-4,2 К в условиях ползучести образцов под действием постоянного механического напряжения σ. Обнаружен сложный характер зависимости константы логарифмической ползучести p-H₂ от напряжения и темпеpатуpы, а также ее аномальные особенности, которые указывают на возможное участие вакансионов в кинетике неустановившейся ползучести монокpисталлов параводорода при малых s или на когерентное движение перегибов на дислокациях. |
| format |
Article |
| author |
Алексеева, Л.А. Пустовалова, А.В. Хатунцев, В.И. Бутенко, Ю.В. |
| author_facet |
Алексеева, Л.А. Пустовалова, А.В. Хатунцев, В.И. Бутенко, Ю.В. |
| author_sort |
Алексеева, Л.А. |
| title |
Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода |
| title_short |
Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода |
| title_full |
Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода |
| title_fullStr |
Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода |
| title_full_unstemmed |
Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода |
| title_sort |
низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2002 |
| topic_facet |
Физические свойства криокристаллов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130250 |
| citation_txt |
Низкотемпературная неустановившаяся ползучесть монокристаллов параводорода / Л.А. Алексеева, А.В. Пустовалова, В.И. Хатунцев, Ю.В. Бутенко // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 1. — С. 79-83. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT alekseevala nizkotemperaturnaâneustanovivšaâsâpolzučestʹmonokristallovparavodoroda AT pustovalovaav nizkotemperaturnaâneustanovivšaâsâpolzučestʹmonokristallovparavodoroda AT hatuncevvi nizkotemperaturnaâneustanovivšaâsâpolzučestʹmonokristallovparavodoroda AT butenkoûv nizkotemperaturnaâneustanovivšaâsâpolzučestʹmonokristallovparavodoroda |
| first_indexed |
2025-07-09T13:09:04Z |
| last_indexed |
2025-07-09T13:09:04Z |
| _version_ |
1837174932218314752 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1, c. 79–83 Àëåêñååâà Ë. À., Ïóñòîâàëîâà À. Â., Õàòóíöåâ Â. È., Áóòåíêî Þ. Â.Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ íåóñòàíîâèâøàÿñÿ ïîëçó÷åñòü ìîíîêðèñòàëëîâ ïàðàâîäîðîäàAlekseeva L. A., Pustovalova A. V., Khatunstev L. I., and Butenko Yu. V.Low-temperature unsteady creep of parahydrogen single crystals
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ íåóñòàíîâèâøàÿñÿ
ïîëçó÷åñòü ìîíîêðèñòàëëîâ ïàðàâîäîðîäà
Ë. À. Àëåêñååâà, À. Â. Ïóñòîâàëîâà, Â. È. Õàòóíöåâ, Þ. Â. Áóòåíêî
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåpàòóp èì. Á. È. Âåpêèíà ÍÀÍ Óêpàèíû
ïp. Ëåíèíà, 47, ã. Õàpüêîâ, 61103, Óêpàèíà
E-mail: alekseeva@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â påäàêöèþ 24 ìàÿ 2001 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 23 àâãóñòà 2001 ã.
Èññëåäîâàíà íèçêîòåìïåpàòópíàÿ ïëàñòè÷íîñòü ìîíîêpèñòàëëîâ òâåðäîãî ïàðàâîäîðî-
äà (êîíöåíòðàöèè îðòîâîäîðîäà ∼ 0,2%, íåâîäîðîäíûõ ïðèìåñåé ∼ 1,5⋅10−4 % è ñîäåðæà-
íèå ïðèìåñåé èçîòîïà âîäîðîäà — äåéòåðèÿ — [D]/[H] ∼ (5–6 )⋅10−3 %) â îáëàñòè òåìïåpà-
òóp 1,8–4,2 Ê â óñëîâèÿõ ïîëçó÷åñòè îáðàçöîâ ïîä äåéñòâèåì ïîñòîÿííîãî ìåõàíè÷åñêîãî
íàïðÿæåíèÿ σ. Îáíàðóæåí ñëîæíûé õàðàêòåð çàâèñèìîñòè êîíñòàíòû ëîãàðèôìè÷åñêîé
ïîëçó÷åñòè p-H2 îò íàïðÿæåíèÿ è òåìïåpàòópû, à òàêæå åå àíîìàëüíûå îñîáåííîñòè,
êîòîðûå óêàçûâàþò íà âîçìîæíîå ó÷àñòèå âàêàíñèîíîâ â êèíåòèêå íåóñòàíîâèâøåéñÿ
ïîëçó÷åñòè ìîíîêpèñòàëëîâ ïàðàâîäîðîäà ïðè ìàëûõ σ èëè íà êîãåðåíòíîå äâèæåíèå
ïåðåãèáîâ íà äèñëîêàöèÿõ.
Äîñëiäæåíî íèçüêîòåìïåpàòópíó ïëàñòè÷íiñòü ìîíîêðèñòàëiâ òâåðäîãî ïàðàâîäíþ
(êîíöåíòðàöi¿ îðòîâîäíþ ∼ 0,2%, íåâîäíåâèõ äîìiøîê ∼ 1,5⋅10−4 % òà âìiñò äîìiøîê içî-
òîïó âîäíþ — äåéòåðiþ — [D]/[H] ∼ (5–6 )⋅10−3 %) â îáëàñòi òåìïåpàòóp 1,8–4,2 Ê â
óìîâàõ ïîâçó÷îñòi çðàçêiâ ïiä âïëèâîì ïîñòiéíî¿ ìåõàíi÷íî¿ íàïðóãè σ. Âèÿâëåíî ñêëàä-
íèé õàðàêòåð çàëåæíîñòi êîíñòàíòè ëîãàðèôìi÷íî¿ ïîâçó÷îñòi p-H2 âiä íàïðóãè òà òåì-
ïåpàòópè, à òàêîæ ¿¿ àíîìàëüíi îñîáëèâîñòi, ÿêi âêàçóþòü íà ìîæëèâó ó÷àñòü âàêàíñiîíiâ
ó êiíåòèö³ íåñòàöiîíàðíî¿ ïîâçó÷îñòi ìîíîêðèñòàëiâ ïàðàâîäíþ ïðè ìàëèõ σ àáî íà
êîãåðåíòíèé ðóõ ïåðåãèíiâ íà äèñëîêàöiÿõ.
PACS: 62.20.–x, 67.80.–s
1. Ââåäåíèå
Ôèçèêà òàêèõ ÿâëåíèé, êàê ïëàñòè÷íîñòü è
ïðî÷íîñòü, îñíîâàíà íà êîíöåïöèè ñóùåñòâîâàíèÿ
íåñîâåðøåíñòâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè, êîòî-
ðûå ÿâëÿþòñÿ íîñèòåëÿìè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìà-
öèè (ñì., íàïðèìåð, [1,2]). Êèíåòèêà äåôîðìà-
öèè â ñëó÷àå òâåðäîãî H2 ïðåäñòàâëÿåò áîëüøîé
èíòåðåñ, ïîñêîëüêó H2 ÿâëÿåòñÿ ïðåäñòàâèòåëåì
íåîáû÷íîé ãðóïïû êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë — êâàí-
òîâûõ êðèñòàëëîâ [3]. Ïðè äîñòàòî÷íî íèçêèõ
òåìïåðàòóðàõ íèçêîðàçìåðíûå äåôåêòû â íèõ
ïðèîáðåòàþò ñóùåñòâåííî êâàíòîâûå ñâîéñòâà è
ìîãóò ïåðåìåùàòüñÿ ÷åðåç ïîòåíöèàëüíûå áàðüå-
ðû, îòäåëÿþùèå îäíî ïîëîæåíèå ðàâíîâåñèÿ îò
äðóãîãî â ðåøåòêå, ïîñðåäñòâîì òóííåëèðîâàíèÿ.
Ýòî îáóñëîâëèâàåò âîçìîæíîñòü ïðîÿâëåíèÿ â ïî-
âåäåíèè òàêèõ êðèñòàëëîâ ïîä íàãðóçêîé êâàíòî-
âûõ îñîáåííîñòåé, â ÷àñòíîñòè, èõ êâàíòîâóþ òåêó-
÷åñòü ïðè àáñîëþòíîì íóëå òåìïåðàòóð ïîä äåéñò-
âèåì ïðåäåëüíî ìàëûõ ñèë [4]. Ó÷èòûâàÿ ìàëóþ
ìàññó ìîëåêóë H2 , âûñîêóþ àìïëèòóäó íóëåâûõ
ðåøåòî÷íûõ êîëåáàíèé è ñëàáîå ìåæìîëåêóëÿð-
íîå âçàèìîäåéñòâèå â ðåøåòêå, à òàêæå ôàêò, ÷òî
òåìïåðàòóðà Äåáàÿ H2 ïî÷òè íà ïîðÿäîê âåëè÷è-
íû ïðåâîñõîäèò òåìïåðàòóðó êðèñòàëëèçàöèè (ñì.
[3] è ññûëêè â íåé), ïðîÿâëåíèå êâàíòîâûõ ýô-
ôåêòîâ (îò ó÷àñòèÿ êâàíòîâûõ ôëóêòóàöèé äî
êîãåðåíòíîãî çîííîãî äâèæåíèÿ äåôåêòîâ, â òîì
÷èñëå äèñëîêàöèîííîãî õàðàêòåðà) ìîæåò áûòü
îáíàðóæåíî â êèíåòè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ âîäîðîäà
ïðàêòè÷åñêè âî âñåé îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ êðèñ-
òàëëè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ. Íàèáîëåå ÿðêî êâàíòîâûå
ýôôåêòû ïðîÿâëÿþòñÿ â òàêîì ÿâëåíèè, êàê ïîëçó-
÷åñòü, îñîáåííî íà åå íåóñòàíîâèâøåéñÿ ñòàäèè.
© Ë. À. Àëåêñååâà, À. Â. Ïóñòîâàëîâà, Â. È. Õàòóíöåâ, Þ. Â. Áóòåíêî, 2002
Ó÷àñòèå êâàíòîâûõ ôëóêòóàöèé, îáóñëîâëåííûõ
âëèÿíèåì íóëåâûõ êîëåáàíèé äèñëîêàöèîííûõ
ñòðóí [5], îáåñïå÷èâàåò àòåðìè÷åñêèé õàðàêòåð íèç-
êîòåìïåðàòóðíîé ïîëçó÷åñòè ìåòàëëè÷åñêèõ êðèñ-
òàëëîâ, êîòîðàÿ òåì ñàìûì ïðèîáðåòàåò ÷åðòû
êâàíòîâîãî ïðîöåññà. Ïîñëåäíåå ïðîÿâëÿåòñÿ â îò-
êëîíåíèè îò õàðàêòåðíîé äëÿ òåðìîàêòèâèðîâàííîãî
ïðîöåññà òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè äåôîðìàöèè ïîë-
çó÷åñòè ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû. Íåóñòàíîâèâ-
øàÿñÿ ïîëçó÷åñòü âîäîðîäà áûëà èññëåäîâàíà
ðàíåå íà ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèõ îáðàçöàõ [6,7].
Ìîíîêðèñòàëëè÷íîñòü îáðàçöîâ ñïîñîáñòâóåò âû-
ÿâëåíèþ õàðàêòåðíûõ ìåõàíèçìîâ äåôîðìàöèè, à
òàêæå îáíàðóæåíèþ è èçó÷åíèþ òîíêèõ ïðîöåñ-
ñîâ è ÿâëåíèé äèñëîêàöèîííîé êèíåòèêè, ìàñêè-
ðóåìûõ â ïîëèêðèñòàëëàõ ìåæçåðåííûìè ãðàíè-
öàìè è ñòðóêòóðíûìè äåôåêòàìè â îáúåìå çåðåí.
 òî æå âðåìÿ ñâåäåíèÿ î õàðàêòåðå íåóñòàíîâèâ-
øåéñÿ ïîëçó÷åñòè â ìîíîêðèñòàëëàõ p-H2 îòñóòñò-
âóþò. Â äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû
èññëåäîâàíèÿ êèíåòèêè ïëàñòè÷åñêîãî òå÷åíèÿ ìî-
íîêðèñòàëëîâ p-H2 , äåôîðìèðîâàííûõ â ðåæèìå
ïîëçó÷åñòè ïîä äåéñòâèåì ïîñòîÿííîãî íàïðÿæå-
íèÿ σ ïðè òåìïåðàòóðàõ 1,8–4,2 K è âàðüèðîâà-
íèè âåëè÷èí σ è T. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïîëçó÷åñòü
ìîíîêðèñòàëëîâ p-H2 íà íåóñòàíîâèâøåéñÿ ñòà-
äèè ïîä÷èíÿåòñÿ ëîãàðèôìè÷åñêîìó âðåìåííîìó
çàêîíó. Îáíàðóæåíî àíîìàëüíîå ïîâåäåíèå êîí-
ñòàíòû ëîãàðèôìè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè è âûñêàçàíî
ïðåäïîëîæåíèå î åãî ñâÿçè ñ ïðîÿâëåíèåì êâàíòî-
âûõ ýôôåêòîâ â êèíåòèêå íèçêîòåìïåðàòóðíîé
ïëàñòè÷íîñòè ìîíîêðèñòàëëîâ p-H2 .
2. Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà
Äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ èñïîëüçîâàëñÿ
H2 , î÷èùåííûé â ðåçóëüòàòå äèôôóçèîííîãî
ïðîïóñêàíèÿ ÷åðåç Ni ëèáî ãåíåðèðîâàííûé êà-
ëèáðîâàííûì èñòî÷íèêîì ïðîìûøëåííîãî òèïà
ÑÕÏÂ-500. Ïðåäåëüíî î÷èùåííûå ôðàêöèè H2
íå èñïîëüçîâàëèñü â ñâÿçè ñ íåâîçìîæíîñòüþ ïî-
ëó÷åíèÿ èç íèõ ñâîáîäíûõ òâ¸ðäûõ îáðàçöîâ [8].
Îáðàçöû âûðàùèâàëè ñî ñêîðîñòüþ 0,2–0,5 ìì/ìèí
â îõëàæäåííîé æèäêèì 4He ñòåêëÿííîé àìïóëå
êðèîñòàòà [9] èç æèäêîé ôàçû p-H2 ([D]/[H] ∼
∼ (5–6)⋅10−3 %), äîñòèãøåãî ðàâíîâåñíîãî îðòî-ïà-
ðà ñîñòàâà (∼ 0,2% o-H2) ïðè äëèòåëüíîé âû-
äåðæêå â ïðèñóòñòâèå Fe(OH)3 . Íàãðóæåíèå îòî-
ææåííûõ îáðàçöîâ îñóùåñòâëÿëîñü ïîñðåäñòâîì
êîðîìûñëà ðû÷àæíûõ âåñîâ (÷óâñòâèòåëüíîñòü
± 200 ìã). Èçìåíåíèå äëèíû îáðàçöîâ èçìåðÿëè
èíäóêòèâíûì äàò÷èêîì ïåðåìåùåíèé ñ òî÷íîñòüþ
± 10−5 ñì.
Òåìïåðàòóðà òîðöîâ êðèñòàëëîâ êîíòðîëèðîâà-
ëàñü äâóìÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûìè òåðìîìåòðàìè
ñîïðîòèâëåíèÿ ñ òî÷íîñòüþ ± 2 ⋅ 10−2 Ê. Ìîíî-
êðèñòàëëè÷íîñòü îáðàçöîâ ïîäòâåðæäàëàñü èõ âè-
çóàëüíûì íàáëþäåíèåì â ñêðåùåííûõ ïîëÿðîè-
äàõ. Îá îòñóòñòâèè ïëàíàðíûõ äåôåêòîâ ñóäèëè
ïî õàðàêòåðíîé íåîáðàòèìîñòè èçìåíåíèÿ ðàçìå-
ðîâ è ôîðìû äåôîðìèðîâàííûõ îáðàçöîâ.
3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è èõ
îáñóæäåíèå
Òèïè÷íûé âèä ïîëó÷åííûõ äëÿ ìîíîêðèñòàë-
ëîâ p-H2 çàâèñèìîñòåé îò âðåìåíè t îòíîñèòåëüíî-
ãî óäëèíåíèÿ îáðàçöîâ ε ïðèâåäåí íà ðèñ. 1 äëÿ
ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ è òåìïåðàòóð
4,2 è 1,8 K. Îêàçàëîñü, ÷òî âûäåðæêà ìîíîêðèñ-
òàëëîâ p-H2 ïîä äåéñòâèåì ïðèëîæåííîãî ïîñòî-
ÿííîãî íàïðÿæåíèÿ σ (äàæå ìàëîé âåëè÷èíû)
ïðèâîäèò ê íåïðåðûâíîìó óâåëè÷åíèþ âî âðåìåíè
èõ ïåðâîíà÷àëüíîé äëèíû, ïîëçó÷åñòü íàáëþäàåòñÿ
ïðè âñåõ çíà÷åíèÿõ òåìïåðàòóðû âïëîòü äî 1,8 K.
Ïðè ýòîì èìååò ìåñòî êàê ìãíîâåííîå ïðèðàùåíèå
äëèíû, îáíàðóæèâàåìîå íåïîñðåäñòâåííî â ìî-
ìåíò ïðèëîæåíèÿ íàãðóçêè, òàê è ïîñëåäóþùèé
ðîñò íà ïåðåõîäíîé (íåóñòàíîâèâøåéñÿ) ñòàäèè.
Ñ òå÷åíèåì âðåìåíè íà êðèâûõ ε(t) îáíàðóæèâà-
þòñÿ ñòàäèè óñòàíîâèâøåéñÿ ïîëçó÷åñòè ñ ïîñòî-
ÿííîé ñêîðîñòüþ äåôîðìàöèè p-H2 . Äëÿ áîëü-
øèõ çíà÷åíèé σ áûñòðî äîñòèãàëèñü ñòàäèè
óñêîðåííîé ïîëçó÷åñòè ñ ÷ðåçâû÷àéíî èíòåíñèâ-
íûì ðàçâèòèåì äåôîðìàöèè îáðàçöîâ.
Äëÿ âûÿâëåíèÿ õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ äåôîðìà-
öèè ìîíîêðèñòàëëîâ p-H2 âî âðåìåíè áûëè èñ-
ïîëüçîâàíû ëîãàðèôìè÷åñêèé ε = α ln (βt + 1) è
ñòåïåííîé ε = Atn çàêîíû ïîëçó÷åñòè c ïîñòîÿí-
íûìè α, β, A è n. Êðîìå òîãî, ýêñïåðèìåíòàëüíûå
êðèâûå ïîëçó÷åñòè ε(t) àïïðîêñèìèðîâàëèñü ñóì-
Ðèñ. 1. Êðèâûå ïîëçó÷åñòè ìîíîêðèñòàëëîâ p-H2 , ïî-
ëó÷åííûå ïðè òåìïåpàòópàõ 4,2 Ê (êðèâûå 1, 3, 5) è
1,8 Ê (êðèâûå 2, 4, 6) è ïðè ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ íàïðÿ-
æåíèÿ σ, ãñ/ìì2: 1,0 (1); 0,9 (2); 0,8 (3); 0,7 (4);
2,1 (5, 6).
Ë. À. Àëåêñååâà, À. Â. Ïóñòîâàëîâà, Â. È. Õàòóíöåâ, Þ. Â. Áóòåíêî
80 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1
ìàðíîé ôóíêöèåé ε = α ln (βt + 1) + Atn ïî ìåòîäó
Ëåâåíáåðãà—Ìàðêâàðäòà [10,11]. Ñîïîñòàâëåíèå
ñðåäíåêâàäðàòè÷íîãî îòêëîíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëü-
íûõ êðèâûõ îò òåîðåòè÷åñêèõ ïîêàçàëî, ÷òî õîä
íàáëþäàåìûõ çàâèñèìîñòåé ε(t) ïðè èññëåäîâàí-
íûõ çíà÷åíèÿõ T è σ â øèðîêîì èíòåðâàëå èõ
çíà÷åíèé îïèñûâàåòñÿ ëîãàðèôìè÷åñêîé ôóíêöè-
åé. Ðîëü ñòåïåííîãî ñëàãàåìîãî ïðè ýòîì íåçíà÷è-
òåëüíà è èì ìîæíî ïîëíîñòüþ ïðåíåáðå÷ü.
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ çàâèñèìîñòè âåëè÷èíû êîíñòàí-
òû α îò òåìïåðàòóðû è íàïðÿæåíèÿ ìîíîêðèñòàë-
ëû p-H2 , ïîäâåðãíóòûå ïðè T = const äåéñòâèþ
íàïðÿæåíèÿ σ, íàãðåâàëèñü äî áîëåå âûñîêîé òåì-
ïåðàòóðû èëè ïðèëîæåííîå íàïðÿæåíèå óâåëè÷è-
âàëîñü äî áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ. Ýêñïåðèìåíòû
ïîêàçàëè, ÷òî èçìåíåíèå çíà÷åíèé T èëè σ ïðèâîäèò
ê èçìåíåíèþ êîíñòàíòû α. Çíàê ýòîãî èçìåíåíèÿ
îïðåäåëÿåòñÿ òåìïåðàòóðîé è âåëè÷èíîé íàïðÿæå-
íèÿ. Îáíàðóæåííàÿ àíîìàëüíàÿ íàïðàâëåííîñòü
õîäà çàâèñèìîñòè α(σ) (ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöè-
îííûì íàðàñòàíèåì âåëè÷èíû êîíñòàíòû ëîãàðèô-
ìè÷åñêîé ïîëçó÷åñòè ñ íàïðÿæåíèåì) ïîêàçàíà íà
ðèñ. 2 *. Ïðè ñðàâíèòåëüíîì àíàëèçå èñïîëüçî-
âàíà âûáîðêà èäåíòè÷íûõ ìîíîêðèñòàëëîâ ñ ïðè-
ìåðíî îäèíàêîâîé îðèåíòàöèåé îñè ñ îòíîñè-
òåëüíî îñè ðàñòÿæåíèÿ ñ ó÷åòîì àíèçîòðîïèè
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ÃÏÓ p-H2 [8]. Âèäíû îá-
ëàñòè íàãðóçîê, êîòîðûå õàðàêòåðèçóþòñÿ âûïîë-
íåíèåì äëÿ âåëè÷èíû α íåðàâåíñòâ ασ
2
< ασ
1
(ïðè
óñëîâèè σ2 > σ1) è α4,2K < α1,8K . Ïðèìå÷àòåëüíà
òîæäåñòâåííîñòü ñëîæíîãî âèäà è âîñïðîèçâîäè-
ìîñòü õàðàêòåðà ïîëó÷åííûõ äëÿ T = 1,8 è 4,2 K
çàâèñèìîñòåé, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î íåñîìíåííîé
äîñòîâåðíîñòè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ.
Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 2 çàâèñè-
ìîñòè ïîëó÷åíû íà êðàÿõ èññëåäîâàííîãî òåìïå-
ðàòóðíîãî èíòåðâàëà, ìîæíî ïðåäïîëàãàòü íàëè-
÷èå òåõ æå îñîáåííîñòåé è âíóòðè èíòåðâàëà.
Îáùíîñòü ïîëó÷åííûõ äëÿ ðàçíûõ òåìïåðàòóð
êðèâûõ α(σ∗ ) óêàçûâàåò íà îáùíîñòü ìåõàíèçìîâ,
îïðåäåëÿþùèõ ðàçâèòèå äåôîðìàöèè ìîíîêðèñ-
òàëëè÷åñêîãî p-H2 âî âðåìåíè â óñëîâèÿõ T, σ =
= const äëÿ êàæäîé èç òðåõ îáëàñòåé: îáëàñòü 1 —
ïàäåíèå α ñ ðîñòîì σ ïðè ìàëûõ σ; îáëàñòü 2 —
ïîñëåäóþùåå âîçðàñòàíèå α ñ ïîâûøåíèåì σ; îá-
ëàñòü 3 — óìåíüøåíèå êîíñòàíòû ëîãàðèôìè÷åñ-
êîé ïîëçó÷åñòè α c óâåëè÷åíèåì σ.  ïåðâîé
îáëàñòè çíà÷åíèÿ α íå çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû.
Äëÿ âòîðîé è òðåòüåé îáëàñòåé õàðàêòåðíî ÿâíîå
òåìïåðàòóðíîå âëèÿíèå è íàáëþäàåòñÿ òåíäåíöèÿ
ê ñìåùåíèþ ñ èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû êðèòè÷åñ-
êèõ âåëè÷èí íàïðÿæåíèÿ ñìåíû îáëàñòåé. «Ôî-
íîâûå» çíà÷åíèÿ α (è íåêîòîðûå ôðàãìåíòû çà-
âèñèìîñòè) áëèçêè ê íàáëþäàâøèìñÿ â ñëó÷àå
ïîëèêðèñòàëëîâ H2 (ïîäðîáíåå ñì. [6,7]).
Òàêèì îáðàçîì, èç ïîëó÷åííûõ äàííûõ ñëå-
äóåò: 1) ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû âåëè÷èíà äå-
ôîðìàöèè ðàâíîíàãðóæåííûõ êðèñòàëëîâ p-H2
óâåëè÷èâàåòñÿ, ò.å. âåäåò ñåáÿ àíîìàëüíî ñ òî÷êè
çðåíèÿ ïðåäñòàâëåíèé î òåðìîàêòèâèðóåìîé ïëàñ-
òè÷íîñòè; 2) ïðè äîñòèæåíèè íåêîòîðîãî ïîðîãîâî-
ãî çíà÷åíèÿ íàãðóçêè â äåôîðìèðóåìîì êðèñòàë-
ëå p-H2 âîçíèêàåò íåóñòîé÷èâîå (ïî îòíîøåíèþ ê
ïîñëåäóþùåìó ðîñòó äåôîðìèðóþùåãî óñèëèÿ)
ñîñòîÿíèå ïîâûøåííîé ïëàñòè÷íîñòè, îáíàðóæè-
âàåìîå ïî ïîÿâëåíèþ íà çàâèñèìîñòè α(σ) îñòðîãî
è óçêîãî ïèêà.
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè êîíñòàíòû ëîãàðèôìè÷åñêîé ïîë-
çó÷åñòè α ìîíîêðèñòàëëîâ p-H2 îò ïðèâåäåííîãî íà-
ïðÿæåíèÿ â íîðìèðîâàííûõ êîîðäèíàòàõ ïðè T = 4,2
(❍ ) è 1,8 (● ) Ê.
*  êà÷åñòâå ïàðàìåòðà ïðèâåäåíèÿ ïî îñè àáñöèññ èñïîëüçîâàíû âåëè÷èíû σ∗ , íîðìèðîâàííûå íà ïðåäåëüíûå
íàãðóçêè σb , ñîîòâåòñòâóþùèå ìàêñèìàëüíîé äåôîðìàöèè p-H2 , äîñòèãíóòîé ïðè ïîñëåäóþùåì ðàñòÿæåíèè.
Àíàëèç ïîêàçàë, ÷òî âåëè÷èíà σb ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû: σb(4,2K) = 8,6 ãñ/ìì2; σb(1,8K) =
= 8,9 ãñ/ìì2.
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ íåóñòàíîâèâøàÿñÿ ïîëçó÷åñòü ìîíîêðèñòàëëîâ ïàðàâîäîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1 81
Ëîãàðèôìè÷åñêèé çàêîí ïîëçó÷åñòè õàðàê-
òåðåí äëÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé äèñëîêàöèîííîé
ïîëçó÷åñòè [5,12]. Ïðè ýòîì ìîíîêðèñòàëëû ñ
ÃÏÓ ðåøåòêîé ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé, ñ òî÷êè çðå-
íèÿ äâèæåíèÿ äèñëîêàöèé è äèñëîêàöèîííûõ ïî-
òîêîâ, íàèáîëåå ëåãêî àíàëèçèðóåìóþ ñèñòåìó
[1,12]. Ïðè ñðàâíèòåëüíî âûñîêèõ σ óìåíüøåíèå
α ñ ðîñòîì σ â p-H2 îáóñëîâëåíî, ïî-âèäèìîìó, íå
òîëüêî óìåíüøåíèåì äëèíû ñâîáîäíîãî ïðîáåãà
äèñëîêàöèé, íî è èçìåíåíèåì èõ ïëîòíîñòè, êàê
ïðàâèëî [12], â ðåçóëüòàòå íàêàïëèâàíèÿ ïåðåä
ñóáãðàíèöàìè â ìîíîêðèñòàëëå. Èç ðèñ. 2 ñëå-
äóåò, ÷òî êðèòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå âñòóïëåíèÿ â
äåéñòâèå ýòîãî ïðîöåññà ðàñòåò ñ ïîíèæåíèåì òåì-
ïåðàòóðû.
Ïîäâèæíîñòü äèñëîêàöèé â îáëàñòè 2 äëÿ ìî-
íîêðèñòàëëîâ p-H2 îïðåäåëÿåòñÿ íàëè÷èåì â îá-
ðàçöàõ èçîòîïè÷åñêîé ïðèìåñè è îñòàòî÷íîé ïðè-
ìåñè îðòîìîäèôèêàöèè. Íà ýôôåêòèâíóþ äëèíó
ñâîáîäíîãî ïðîáåãà äèñëîêàöèé ïðè ýòîì ìîãóò
âëèÿòü êàê îäèíî÷íûå îðòîìîëåêóëû, òàê è âîç-
íèêàþùèå â ðåçóëüòàòå ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî êâàä-
ðóïîëü-êâàäðóïîëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó
ìîëåêóëàìè o-H2 îðòîïàðû [13] (âåðîÿòíîñòü ïî-
ÿâëåíèÿ áîëåå êðóïíûõ êëàñòåðîâ ïðè ðàññìàòðè-
âàåìûõ òåìïåðàòóðàõ ïðè ñîäåðæàíèè o-H2 ∼ 0,2%
ïðåíåáðåæèìî ìàëà [14]). Äëÿ ñëó÷àÿ âçàèìîäåé-
ñòâèÿ êðàåâîé äèñëîêàöèè ñ ìîëåêóëàìè HD èëè
D2 ýíåðãèè âçàèìîäåéñòâèÿ ñîñòàâëÿþò 4,45 èëè
9,04 K ñîîòâåòñòâåííî [15]. Íàèáîëåå òðóäíîïðå-
îäîëèìûå èç ïàðíûõ êëàñòåðîâ òàêæå òðåáóþò
çàòðàò ýíåðãèè ïîðÿäêà 3,2 K [14]. Êàê è ìîëåêó-
ëû èçîòîïîâ, ýòè ïðåïÿòñòâèÿ ìîãóò ïðåîäîëå-
âàòüñÿ äèñëîêàöèÿìè ëèáî ÷èñòî ìåõàíè÷åñêè çà
ñ÷åò ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ, ëèáî ñ ïîìîùüþ
êâàíòîâûõ ôëóêòóàöèé [5,16].
Ïðè íèçêèõ íàïðÿæåíèÿõ (îáëàñòü 1) ðàçâèòèå
äåôîðìàöèè îáóñëîâëåíî ëèáî äâèæåíèåì âàêàí-
ñèé [17], ëèáî äèñëîêàöèîííûìè ïåðåãèáàìè â
ðåëüåôå Ïàéåðëñà [18–20], èñêàæåííîì îðòî- è
èçîòîïè÷åñêîé ïðèìåñüþ. Ó÷èòûâàÿ àíîìàëüíîå
ïîíèæåíèå α ñ ðîñòîì σ, íàáëþäàåìûå îñîáåííîñ-
òè äåôîðìàöèè p-H2 ìîãóò áûòü îïèñàíû â òåð-
ìèíàõ êâàíòîâîãî äâèæåíèÿ äåôåêòîâ. Ìîæíî
ïðåäïîëàãàòü, ÷òî äâèæåíèå äèñëîêàöèîííûõ ïå-
ðåãèáîâ íîñèò êîãåðåíòíûé õàðàêòåð [20–22] è
îñóùåñòâëÿåòñÿ â îñíîâíîì âî âòîðè÷íîì ðåëüåôå
Ïàéåðëñà â óñëîâèÿõ ñëàáîíåðåãóëÿðíîãî êðèñ-
òàëëà. Èç ðèñ. 2 ñëåäóåò, ÷òî ðîæäåíèå «êâàçèïå-
ðåãèáîâ» íå ïðîèñõîäèò ñ ðîñòîì σ è ðàçâèòèå
äåôîðìàöèè p-H2 îñóùåñòâëÿåòñÿ òîëüêî çà ñ÷åò
ñóùåñòâóþùèõ äèñëîêàöèîííûõ êîíôèãóðàöèé.
Óçêèé îñòðûé ìàêñèìóì íà êðèâûõ α(σ) ìîæåò
ñâèäåòåëüñòâîâàòü î íàðàñòàíèè ýôôåêòîâ êîððå-
ëèðîâàííîãî äâèæåíèÿ äèñëîêàöèé â ðåçóëüòàòå
ýâîëþöèè äåôåêòíîé ñòðóêòóðû îáðàçöîâ p-H2 ñ
ðîñòîì σ. Íàëè÷èå ïàðàëëåëüíîãî îðãàíèçóþùåãî
ïðîöåññà, ïðèâîäÿùåãî ê ôðàãìåíòàöèè îáðàçöîâ
p-H2 , êîíêóðèðóåò ñ îñíîâíûìè, îáåñïå÷èâàþùè-
ìè åãî íèçêîòåìïåðàòóðíóþ ïëàñòè÷íîñòü.
 çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî ïðèñóòñòâèå ïðèìå-
ñåé â p-H2 , êàê îêàçàëîñü, ñïîñîáñòâóåò ðåàëèçà-
öèè â p-H2 íåîáðàòèìûõ èçìåíåíèé ðàçìåðîâ è
ôîðìû îáðàçöîâ, êîòîðûå è íàáëþäàëèñü â ýêñïå-
ðèìåíòå. Ýòî îò÷àñòè àíàëîãè÷íî íàáëþäàåìîìó â
[19] ðàñøèðåíèþ òåìïåðàòóðíîãî èíòåðâàëà ïðî-
ÿâëåíèÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ êâàíòîâûõ ýôôåêòîâ
â ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ìîíîêðèñòàëëîâ β-Sn,
ñîäåðæàùèõ ìàëîå (0,01 àò.%) êîëè÷åñòâî ïðèìå-
ñè êàäìèÿ.
Àâòîðû áëàãîäàðíû Â. Ã. Ìàíæåëèþ, Ì. À.
Ñòðæåìå÷íîìó, Ê. À. ×èøêî, À. Í. Àëåêñàíäðîâ-
ñêîìó, Â. Ä. Íàöèêó è À. È. Ïðîõâàòèëîâó çà
îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû è ïîëåçíûå çàìå-
÷àíèÿ, Ä. Í. Êàçàêîâó (Ðîññèÿ, ã. Ìîñêâà) è
Ë. À. Âàùåíêî çà ïðàêòè÷åñêóþ ïîìîùü â ïîëó-
÷åíèè âûñîêî÷èñòîãî âîäîðîäà, à òàêæå òîíêèé
ìàññ-ñïåêòðîìåòðè÷åñêèé è õðîìàòîãðàôè÷åñêèé
àíàëèçû îáðàçöîâ.
1. À. Ì. Êîñåâè÷, Ôèçè÷åñêàÿ ìåõàíèêà ðåàëüíûõ
êðèñòàëëîâ, Íàóêîâà äóìêà, Êèåâ (1981).
2. Âàí Áþðåí, Äåôåêòû â êðèñòàëëàõ, Èçä-âî
èíîñòð. ëèò., Ìîñêâà (1962).
3. Â. Ã. Ìàíæåëèé, Ì. À. Ñòðæåìå÷íûé, Êâàíòîâûå
ìîëåêóëÿðíûå êðèñòàëëû, â êí.: Êðèîêðèñòàëëû,
Á. È. Âåðêèí, À. Ô. Ïðèõîòüêî (ðåä.), Íàóêîâà
äóìêà, Êèåâ (1983).
4. À. Ô. Àíäðååâ, È. Ì. Ëèôøèö, ÆÝÒÔ 56, 2057
(1969).
5. V. D. Natsik, A. I. Osetskii, V. P. Soldatov, and
V. I. Startsev, Phys. Status Solidi B54, 99 (1972).
6. Ä. Í. Áîëüøóòêèí, Þ. Å. Ñòåöåíêî, Ë. À. Èíäàí,
À. À. Õóäîòåïëàÿ, â êí.: Ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû
ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòó-
ðàõ, Íàóêîâà äóìêà, Êèåâ (1974), ñ. 345.
7. Ë. À. Àëåêñååâà, Î. Â. Ëèòâèí, È. Í. Êðóïñêèé,
ÔÍÒ 8, 211 (1982).
8. Ë. À. Àëåêñååâà, Ë. À. Âàùåíêî, Ä. Í. Êàçàêîâ,
Â. Â. Êàðîíèê, Î. Â. Íèêîëàåâà, Èñïîëüçîâàíèå
ñîðáöèîííî-äåñîðáöèîííîãî öèêëà â èññëåäîâàíèÿõ
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ òâåðäîãî p-H2 , Ïðåïðèíò
30–89, Õàðüêîâ (1989).
9. È. Í. Êðóïñêèé, À. Â. Ëåîíòüåâà, Ë. À. Èíäàí,
Î. Â. Åâäîêèìîâà, ÔÍÒ 3, 933 (1977).
10. Ô. Ãèëë, Ó. Ìþððåé, Ì. Ðàéò, Ïðàêòè÷åñêàÿ
îïòèìèçàöèÿ, Ìèð, Íàóêà, Ìîñêâà (1987).
11. Â. È. Áåëàí, Ê. Â. Ìàñëîâ, À. À. Ìîòîðíàÿ,
Â. È. Õàòóíöåâ, Äèàëîãîâàÿ ñèñòåìà îïòèìèçàöèè
äëÿ ÅÑ ÝÂÌ, â êí.: Ïàêåòû ïðèêëàäíûõ ïðî-
Ë. À. Àëåêñååâà, À. Â. Ïóñòîâàëîâà, Â. È. Õàòóíöåâ, Þ. Â. Áóòåíêî
82 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1
ãðàìì. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå îïòèìèçàöèîí-
íûõ çàäà÷, Íàóêà, Ìîñêâà (1987), ñ. 108.
12. Æ. Ôðèäåëü, Äèñëîêàöèè, Ìèð, Ìîñêâà (1967).
13. A. B. Harris, L. I. Amstutz, H. Meyer, and S. M.
Myers, Phys. Rev. 175, 603 (1968).
14. Ñ. Å. Êàëüíîé, Ì. À. Ñòðæåìå÷íûé, ÔÍÒ 11, 803
(1985).
15. Ë. À. Àëåêñååâà, Ì. À. Ñòðæåìå÷íûé, Þ. Â.
Áóòåíêî, ÔÍÒ 23, 448 (1997).
16. Â. Ä. Íàöèê, ÔÍÒ 5, 400 (1979).
17. Ë. À. Àëåêñååâà, È. Í. Êðóïñêèé, ÔÍÒ 10, 327
(1984).
18. Á. Â. Ïåòóõîâ, Â. Ë. Ïîêðîâñêèé, ÆÝÒÔ 63, 634
(1972).
19. Â. Ä. Íàöèê, Ã. È. Êèðè÷åíêî, Â. Â. Ïóñòîâàëîâ,
Â. Ï. Ñîëäàòîâ, Ñ. Ý. Øóìèëèí, ÔÍÒ 22, 965
(1996).
20. Ì. À. Ñòðæåìå÷íûé, ÔÍÒ 10, 663 (1984).
21. À. Ô. Àíäðååâ, ÓÔÍ 118, 251 (1976).
22. Þ. Êàãàí, Ë. À. Ìàêñèìîâ, ÆÝÒÔ 84, 792
(1983).
Low-temperature unsteady creep of
parahydrogen single crystals
L. A. Alekseeva, A. V. Pustovalova,
V. I. Khatunstev, and Yu. V. Butenko
Low-temperature plasticity of solid parahy-
drogen single crystals (orthohydrogen, nonhy-
drogen impurities and isotopic impurities
(heavy hydrogen) contents being ∼ 0.2 %,
∼ 1.5⋅10−4 % and [D]/[H] ∼ (5–6)⋅10−3 %, re-
spectively) is studied in the temperature range
of 1.8 to 4.2 K under constant stress creep of
the samples. It is found that the stress and
temperature dependences of the constant of
logarithmic creep of p-H2 are of a complicated
behavior. Their anomalies suggest that the va-
cansions may participate in the kinetics of un-
steady creep of the parahydrogen single crys-
tals at low σ or that the coherent motion of
dislocation kinks takes place.
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ íåóñòàíîâèâøàÿñÿ ïîëçó÷åñòü ìîíîêðèñòàëëîâ ïàðàâîäîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 1 83
|