MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

Benzer belgeler
MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3

İstatistiksel Mekanik I

2+1 Boyutlu Eğri Hiperyüzeyde Dirac Denklemi

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği Bahar

Diverjans teoremi ise bir F vektörüne ait hacim ve yüzey İntegralleri arasındaki ilişkiyi ortaya koyar ve. biçiminde ifade edilir.

İstatistiksel Mekanik I

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği Bahar

İstatistiksel Mekanik I

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

ELEKTROMANYETIK ALAN TEORISI

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK. Klasik Yaklaşımda Kanonik Dağılım I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017

Potansiyel Engeli: Tünelleme

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü Bahar Yarıyılı 9.Bölümün Özeti Ankara Aysuhan OZANSOY

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

Rastgele Süreçler. Rastgele süreç konsepti (Ensemble) Örnek Fonksiyonlar. deney. Zaman (sürekli veya kesikli) Ensemble.

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

Bölüm 1: Lagrange Kuramı... 1

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği Bahar

Bölüm 24 Gauss Yasası

Bu bölümde Coulomb yasasının bir sonucu olarak ortaya çıkan Gauss yasasının kullanılmasıyla simetrili yük dağılımlarının elektrik alanlarının çok

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Elektrostatik Elektrik Alan Elektrik Akı Kondansatör. Kaynak : Serway-Beichner Bölüm 23, 24, 26

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

Zamandan bağımsız pertürbasyon teorisi tartışmamızda bu noktaya kadar, sonuçlarımızın

Ders 6: Sürekli Olasılık Dağılımları

Mekanik İp dalgalarının faz hızı. Dinamik. İhtiyacınız Olanlar:

EŞ POTANSİYEL VE ELEKTRİK ALAN ÇİZGİLERİ. 1. Zıt yükle yüklenmiş iki iletkenin oluşturduğu eş potansiyel çizgileri araştırıp bulmak.

Elektrik ve Magnetizma

A B = A. = P q c A( X(t))

CEVAP ANAHTARI. Tempo Testi D 2-B 3-A 4-A 5-C 6-B 7-B 8-C 9-B 10-D 11-C 12-D 13-C 14-C

İleri Diferansiyel Denklemler

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

MADDESEL NOKTANIN EĞRİSEL HAREKETİ

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 11 Çözümler

MASSACHUSETTS TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Fizik Bölümü Fizik 8.04 Bahar 2006 SINAV 1 Salı, Mart 14, :00-12:30

İstatistiksel Mekanik I

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...

DENEYİN AMACI Akım uygulanan dairesel iletken bir telin manyetik alanı ölçülerek Biot-Savart kanunu

tayf kara cisim ışınımına

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

Bu durumu, konum bazında bileşenlerini, yani dalga fonksiyonunu, vererek tanımlıyoruz : ) 1. (ikx x2. (d)

EEM211 ELEKTRİK DEVRELERİ-I

8.04 Kuantum Fiziği Ders IV. Kırınım olayı olarak Heisenberg belirsizlik ilkesi. ise, parçacığın dalga fonksiyonu,

Elektromanyetik Dalga Teorisi

ELEKTROMANYETİK DALGALAR DERSİ YAZ DÖNEMİ

Kuantum Mekaniğinin Varsayımları

Pratik Kuantum Tarifleri. Adil Usta

7.DENEY RAPORU AKIM GEÇEN TELE ETKİYEN MANYETİK KUVVETLERİN ÖLÇÜMÜ

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

8.04 Kuantum Fiziği Ders V ( ) 2. = dk φ k

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

28/04/2014 tarihli LYS-1 Matematik-Geometri Testi konu analizi SORU NO LYS 1 MATEMATİK TESTİ KAZANIM NO KAZANIMLAR 1 / 31

ENİNE DEMET DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Abbas Kenan Çiftçi. Ankara Üniversitesi

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği Bahar

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

FİZ4001 KATIHAL FİZİĞİ-I

ELASTİK DALGA YAYINIMI

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

B ol um 5 ANALOG IS ARETLER IN SPEKTRUM ANAL IZ I

3. V, R 3 ün açık bir altkümesi olmak üzere, c R. p noktasında yüzeye dik olduğunu gösteriniz.(10

KUTUPLANMA (Polarizasyon) Düzlem elektromanyetik dalgaların kutuplanması

Temel Parçacık Dinamikleri. Sunum İçeriği

Magnetic Materials. 7. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan.

Tek Boyutlu Potansiyeller: Potansiyel eşiği

FİZİK 4. Ders 10: Bir Boyutlu Schrödinger Denklemi

DİELEKTRİKLER 5.1 ELEKTRİK ALANI İÇİNDEKİ YALITKAN ATOMUNUN DAVRANIŞI

DENEY 2. IŞIK TAYFI VE PRİZMANIN ÇÖZÜNÜRLÜK GÜCÜ

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

1. Hafta Uygulama Soruları

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

Termal Genleşme İdeal Gazlar Isı Termodinamiğin 1. Yasası Entropi ve Termodinamiğin 2. Yasası


ARASINAV SORULARININ ÇÖZÜMLERİ GÜZ DÖNEMİ A A A A A A A

Faraday Yasası. 31. Bölüm

İleri Diferansiyel Denklemler

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 1 Çözümler

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

İleri Diferansiyel Denklemler

Kısa İçindekiler. Fizik: İlkeler ve Pratik Cilt 1: 1-21 Bölümleri, Cilt 2: Bölümleri kapsar

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

Transkript:

MIT Açık Ders Malzemesi http://ocw.mit.edu 8.334 İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar Bu malzemeye atıfta bulunmak ve ullanım Şartlarımızla ilgili bilgi almak için http://ocw.mit.edu/terms ve http://tuba.acikders.org.tr sitelerini ziyaret ediniz.

II.D Saçılma ve Salınımlar Hacimsel termodinamik deneylere ek olarak, saçılma deneyleri de yoklayıcının dalgaboyu λ mertebesindeki ölçeklerde mikroskopik salınımları incelemek için kullanılabilir. Tipik bir düzende, dalga vektörü k i olan bir hüzme, örnek üzerine yollanır ve saçılan yoğunluk k s = k i + q dalga vektöründe ölçülür. Esnek saçılma için, k i = k s k, veq q =2ksin θ, θ gelen ve yansıyan hüzmeler arasındaki açı olmak üzere. Saçılmanın olağan incelenmesi, Fermi Altın uralı ile başlar, ve genellikle saçılma genliğinin A(q) k s f U k i i σ(q) e iq x ρ(x) (II.31) ifadesine ulaşılır. Yukarıdaki ifadede, i ve f, mikroskipik saçılma elemanının ilk ve son durumlarına (atom veya iyon), U, örnekteki çeşitli saçılma elemanlarının toplamı olarak yazılabilen saçılma potansiyeline karşılık gelir. Genliğin, tek tek elemanlardan saçılmasını tasvir eden yerel bir yapı faktörü σ(q) vardır. Bizim için daha ilginç olan genel bilgi ise ρ(q), saçıcılarının genel yoğunluğunun ρ(x) Fourier dönüşümü, içerisindedir. Uygun saçılma yoğunluğu, kullanılan inceleyicinin doğasına bağlıdır. Işık saçılması, gerçek atomik yoğunluğu, elektron saçılması yük yoğunluğunu hisseder, nötron saçılması ise çoğunlukla mıknatıslanma yoğunluğunu yoklamak için kullanılır. Bu tarz pek çok inceleyici aslında sistemin anlık durumuna bakmaz, konfigürasyonun zaman ortalamasına bakar. Bu yüzden, ölçülen saçılma yoğunluğu S(q) A(q) 2 ρ(q) 2 (II.32) olarak verilir. Burada, nın, ergodiklikten dolayı çoğu zaman zaman ortalaması yerine kullanılabilen, termal ortalamasıdır. Denklem II.32, düzgün bir yoğunluğun sadece ileri saçılmaya (q = 0) yol açtığını söylerken, uzun dalgaboylu salınımlar küçük açılar veya küçük k ile çalışarak incelenebilir. Eğer saçılma mıknatıslanma yoğunluğundan kaynaklı ise, Landau-Ginzburg yaklaşımını kullanarak şiddetini hesaplayabiliriz. Herhangi bir konfigürasyonun olasılığı P[m (x)] exp 2 ( m)2 + t 2 m2 + um 2 (II.33) olarak verilir. Daha önce de tartışıldığı gibi, en olası konfigürasyon, m (x) = mê 1 olacak şekilde düzgündür, burada ê 1 herhangi bir birim vektördür ( m, t>0 için sıfırdır, ve t<0 için t/4u ya eşittir). Böyle bir konfigürasyonun etrafındaki küçük salınımları n m (x) =[ m + φ b (x)]ê 1 + φ e,α (x)ê α, α=2 (II.34) yazarak inceleyebiliriz; burada φ b ve φ e sırasıyla boylamasına ve enine salınımlara karşılık gelir. İkincisi, ortalama mıknatıslanmaya dik n 1 yönden herhangi bir doğrultuda olabilir. Denklem II.34 ü yerine yerleştirdikten sonra, Landau-Ginzburg Hamiltoniyen indeki terimler, 21 www.acikders.org.tr

ikinci mertebeye kadar ( m) 2 = ( φ b ) 2 +( φ e ) 2, m 2 = m 2 +2 mφ b + φ 2 b + φ 2 e m 4 = m 4 +4 m 3 φ b +6 m 2 φ 2 b +2 m 2 φ 2 e + O(φ 3 b,φ 3 e) şeklinde açılabilir ve sonuçta dördüncü mertebeden enerji maliyeti βh ln P = V + t 2 m2 + u m 4 + 2 ( φ e) 2 + 2 ( φ b) 2 + t +4u m2 φ 2 e 2 t + 12u m2 φ 2 b 2 + O(φ 3 b,φ 3 e). (II.35) olarak elde edilir. Düzgün yapı değişiklikleri için, boylamsal ve enine geri çekme potansiyellerinin yay sabitleri ξ 2 b t + 12u m 2 = 2 Ψ(m) φ 2 b t = m 2t t < 0 için, (II.36) ve ξ 2 e t +4u m 2 = Ψ(m) φ 2 e t = m 0 t<0 için, (II.37) olarak verilir. (Uzunluk ölçekleri ξ b ve ξ e nin fiziksel anlamları birazdan anlaşılacaktır.) Paramanyetikte (t >0) boylamsam ve enine bileşenler arasında bir fark olmadığına dikkat edin. t<0 daki düzenli mıknatısta, bir önceki kısımda anlatılan Goldstone modlara karşılık gelen enine salınımlar için geri çekme kuvveti yoktur. Fourier modlarına değişken değiştirilirse, φ(x) = q φ qe iq x / V, belli bir salınım konfigürasyonu için olasılık P[{φ b,q ; φ e,q } exp q 2 (q2 + ξb 2 ) φ b,q 2 exp 2 (q2 + ξe 2 ) φ e,q 2. (II.38) olarak verilir. Açıkça, her bir mod, ortalaması sıfır olan, Gaussiyan bir rastgele değişken gibi davranır, ve iki nokta bağdaşıklık fonksiyonları φ α,q φ β,q = δ α,βδ q, q (q 2 + ξ 2 α ), (II.39) olarak verilir; burada indeksler boylamsal veya herhangi bir enine bileşeni gösterir. Spin polarize bir nötron kaynağı kullanarak, göreli yönelim, boylamsal ya da enine bağdaşıklıkları inceleyecek şekilde ayarlanabilir. S(q) 1/(q 2 + ξ 2 ) Lorentz formu, genelde, kritik noktadan uzaktaki saçılma çizgi şekillerine mükemmel bir uyum gösterir. Denklem II.39, düzenli fazda, boylamsal saçılmanın hala Lorentz formunda olduğunu (kendiliğinden mıknatıslanmadan kaynaklı q = 0 daki Dirac deltanın üstüne), bununla beraber, enine saçılmanın her zaman 1/q 2 22 www.acikders.org.tr

şeklinde büyüdüğünü söyler. Aynı üstel azalma yasasının kritik noktada da, t =0, olacağı öngörülür. Gerçek deneysel yakıştırmalar, η için küçük bir pozitif değer olacak şekilde S(q,T = T c ) 1 q 2 η (II.40) şeklinde bir kuvvet yasası açığa çıkarırlar. II.E Bağdaşıklık Fonksiyonları ve Alınganlıklar Dalgalanmaların boyutunu gerçek uzayda da inceleyebiliriz. φ α (x) = m α (x) m α oratalamaları açıkça sıfırdır, ve bağlantılı bağdaşıklık fonksiyonları G c α,β(x, x ) (m α (x) m α )(m β (x ) m β ) = φ α (x)φ β (x )= 1 V q,q e iq x+iq x φ α,q φ β,q. (II.41) olarak verilir. Denklem II.39 u kullanarak G c α,β(x, x )= δ α,β V elde ederiz, burada, süreklilik limitinde q I d (x,ξ)= e iq (x x ) (q 2 + ξα 2 ) δ α,β I d(x x,ξ α ), d d q e iq x (2π) d q 2 + ξ 2 (II.42) (II.43) olarak verilir. Alternatif olarak, I d, aşağıdaki differansiyel denklemin çözümüdür: 2 I d (x) = Çözüm küresel simetriktir, ve d d q q 2 e iq x (2π) d q 2 + ξ 2 = d d q (2π) d 1 ξ 2 q 2 + ξ 2 e iq x = δ d (x)+ I d(x) ξ 2. (II.44) d 2 I d dx 2 + d 1 di d x dx = I d ξ 2 + δd (x) (II.45) denklemini sağlar. Uzan mesafelerde, üstel olarak azalan I d (x) exp( x/ξ) x p (II.46) gibi bir çözüm deneyebiliriz. ( Alt öncül bir üstel yasanın varlığını öngördük.) I d nin türevleri di d dx d 2 I d dx 2 = p = x + 1 I d ξ p(p + 1) x 2 + 2p xξ + 1 ξ 2 I d (II.47) 23 www.acikders.org.tr

olarak verilir. x = 0için, denklem II.46 nin, denklem II.45 i sağlamasını istemek p(p + 1) x 2 + 2p xξ + 1 p(d 1) (d 1) ξ2 x 2 = 1 xξ ξ 2 (II.48) koşulunu getirir. ξ i azalma uzunluğu olarak seçmiş olmak, yukarıdaki denklemde sabit terimlerin birbirini götürmesini sağlar. p üsteli, bir sonraki en büyük terimlerin birbirlerini götürmesini talep ederek bulunabilir. x ξ için, 1/x 2 terimleri, bir sonraki en önemli terimlerdir; p(p + 1) = p(d 1) ve p = d 2 olması gerekmektedir. Bu Coulomb etkileşmesi için tanıdık üsteldir, ve gerçektende bu mesafelerde, bağdaşıklıklar ξ in varlığını hissetmezler ve I d (x) C d (x) = x2 d (2 d)s d (x ξ) (II.49) olarak azalırlar. (Bağdaşıklık fonksiyonuna, incelenen bağdaşıklık fonksiyonunun sınır koşullarını sağlaması için, her zaman bir sabit terim eklenebilir.) Uzak mesafelerde x ξ, 1/(xξ) terimi, denklem II.48 de baskın olur, ve yok olması, p =(d 1)/2 olmasını gerektirir. Denklem II.49 a x ξ da eşleştirirsek, elde ederiz. I d (x) ξ (3 d)/2 exp( x/ξ) (x ξ) (II.50) (2 d)s d x (d 1)/2 Uzunluk ölçeği ξ, bağdaşıklık uzunluğu olarak bilinir. Denklem II.42 den, boylamsal ve enine bağdaşıklıkların farklı davrandığını görürüz. ritik nokta yakınında, boylamsal bağdaşıklık uzunluğu (denklem II.36) t 1/2 / ξ b = ( 2t) 1/2 / (II.51) olarak davranır. Tekillikler, ξ ± ξ 0 B ± t ν ±, ν ± = 1/2 ve B + /B = 2 evrensel iken ξ 0 1/ evrensel olmayan sabitler olmak üzere, şeklinde tanımlanabilir. Enine bağdaşıklık uzunluğu (denklem II.37) t>0 iken, ξ b e eşittir, ve t>0 iken sonsuzdur. Denklem II.49, T c nin tam üzerinde, bağdaşıklıkların 1/x d 2 şeklinde azalacağını söyler. Gerçekte, azalma üsteli çoğu zaman 1/x d 2+η, η denklem II.40 da tanımlanan üstel olmak üzere, şeklinde gösterilir. Bağlantılı bağdaşıklık fonksiyonunun integralini almak, hacim alınganlıklarını verir. Mesela, boylamsal alınganlığın ıraksaması χ b G c b(x) χb 0 x d 2 ξ2 b A ± t 1 (II.52) olarak elde edilir. Evrensel üsteller ve genlik oranları, yine yukarıdaki denklemden elde edilir. T < T c için, enine bağdaşıklıklar için bir üst sınır uzunluğu yoktur, ve enine alınganlıktaki ıraksama, sistem boyutu L ile ξ e G c e(x) L 0 L2 (II.53) xd 2 24 www.acikders.org.tr

şeklinde ilişkilendirilebilinir. II.F Deneylerle ıyaslama Önceki kısımlarda ana hatları anlatılan yaklaşımın gerçek testi, deneylerle kıyaslanmasındadır. Üstellerin ve uygun deneysel malzemelerin bir tablosu aşağıda verilmiştir. Üsteller aslında Geçiş Türü Malzeme α β γ ν Ferromıknatıs (n =3) Fe, Ni 0.1 0.4 1.3 Süperakışkan (n =2) He 4 0 0.3 1.3 0.7 Sıvı-Gaz (n =1) CO 2, Xe 0.1 0.3 1.2 0.7 Ferroelektrikler TGS 0 1/2 1 1/2 ve Süperiletkenler Ortalama-Alan uramı 0 1/2 1 1/2 tabloda gösterilenden çok daha hassas olarak bilinmektedir. Son sıra (ortalama-alan kuramı), semer noktası yaklaşımı ile elde edilen sonuçları gösterir. Sadece ferroelektrik ve süperiletken malzemelerde deney ile uyumludurlar. Farklı n değerleri için üstellerdeki uyuşmazlık, ortalamaalan sonuçlarının çok evrensel olduğu, ve n e (ve d ye) önemli bir bağlılığı ihmal ettiğini akla getirir. Bu çelişkiye nasıl açıklık getirebiliriz? Landau-Ginzburg Hamiltoniyen inin başlangıç noktası güvenilir olacak kadar geneldir. Problem, sonraki bölümlerde de daha belirgenleşeceği gibi, bölüşüm fonksiyonunun hesabında kullandığımız ayar noktası yaklaşımındadır. 25 www.acikders.org.tr