На главную
страницу
На сайт
физфака
Методические
пособия
Наши
выпускники
Наши
Сотрудники
Студенты и
аспиранты
 
Разработка теории фазовых переходов первого рода (теория распада метастабильных состояний), теория поверхностных явлений и дисперсных систем.

Мы повседневно сталкиваемся с фазовыми переходами первого рода. Пар становится жидкостью, жидкость испаряется, расплав отвердевает или твердое тело плавится. Эти и многие другие примеры фазовых превращений мы постоянно наблюдаем в природе. Что интересного в этих явлениях, что здесь может изучать физик-теоретик, сколь нетривиальна теория фазовых превращений и сколь точны и неожиданны ее предсказания? Много вопросов.

Повседневность наблюдаемых фазовых превращений создает у неискушенного человека ощущение их простоты. Однако, эта простота в действительности так же обманчива, как простота молекул, атомов, элементарных частиц. Попробуйте вызвать дождь, когда он нужен, или, напротив, остановить его. Для этих целей существует весьма ограниченный набор эмпирически подобранных средств, которые к тому же чрезвычайно дороги. Трудно получить сталь заданного состава и структуры, поскольку при затвердевании расплава в нем успевают произойти множество изменений. Или взять совсем загадочный на вид и реально угрожающий безопасности человека фазовый переход в твердом растворе вакансий. Вакансия - это всего лишь не занятый атомом узел кристаллической решетки, пустое место. Вакансии могут возникать, например, при облучении кристалла потоком нейтронов, выбивающих атомы из узлов решетки. Вакансии совершают тепловое движение по объему кристалла и внешне ведут себя как молекулы пара. При определенной концентрации этот "пар" становится пресыщенным и начинается "конденсация". Результатом конденсации вакансий (пустых мест) естественно будут пустые места в кристалле - поры. Из-за роста пор увеличивается объем кристалла и уменьшается его прочность. Этот эффект создает серьезную проблему для ядерной энергетики.

Можно продолжить перечень примеров фазовых переходов и связанных с ними интересных явлений. Но уже сказанное должно вызвать ощущение важности и сложности возникающих здесь проблем.

Теория фазовых переходов использует в полном объеме аппарат статистической физики и термодинамики. Поэтому специалист в области теории фазовых переходов должен в совершенстве владеть этими важнейшими разделами теоретической физики.

На кафедре статистической физики основное внимание уделяется описанию течения фазовых переходов. Создаваемая теория охватывает все стадии эволюции системы, начиная с момента создания метастабильности до полного ее исчезновения. Главная проблема заключается в барьерном характере процесса зарождения частиц новой, стабильной фазы. В своем развитии частица должена флуктуационно преодолеть область энергетически невыгодных состояний. Параметры эффективного энергетического барьера, препятствующего зарождению частиц новой фазы, зависят от степени метастабильности исходной фазы, поэтому фазовый переход первого рода представляет собой сильно нелинейное явление. Серьезную проблему представляет описание энергетического барьера, сосредоченного, как правило, в области чрезвычайно малых размеров зародышей новой фазы. Для достижения приемлемой точности теории здесь требуется учет тонких микрофизических эффектов. Таких, на пример, как влияние на скорость испарения молекул малой частицей ее "остывания" в акте испарения одной молекулы и флуктуаций температуры такой частицы. Интересно проявляется в нелинейных процессах факт случайности преодоления частицей новой фазы энергетического барьера.

Посмотрите:
Физические основы теории фазовых превращений вещества. Элементарное введение.
Обычные и необычные фазовые переходы. Элементарное введение.


Данной тематикой на кафедре занимаются:


Д, ф-м. н., профессор Щекин Александр Кимович


К. ф-м. н., ст.н.с. Бабинцев Илья Александрович


К, ф-м. н., ассистент Лебедева Татьяна Сергеевна


К. ф-м. н., доц. Новожилова Татьяна Юрьевна


К, ф-м. н., ст.н.с. Татьяненко Дмитрий Викторович

 
 
The Department of Statistical Physic
Sain-Petersburg State University, Russia
English Version


Основные направления научных исследований на кафедре
 
Рассеяние волн и жидкие кристаллы.

Развитие методов квантовой теории поля применительно к задачам статистической физики.

Разработка теории фазовых переходов первого рода (теория распада метастабильных состояний).

Теория электронных свойств систем с пониженной размерностью.