ҚАТАЮ – заттың сұйық күйден кристалдық (қатты) күйге фазалық ауысуы; кристалдану дегенмен бірдей ұғым.
ҚАТТЫ ГЕЛИЙ – тек жеткілікті жоғары температура кезінде ғана болатын кристалл күйіндегі гелий. 4Не-тің үш тұрақты: 25 атм қысымнан (2,5 МПа) қысым кезінде гексагоналды тығыз топтастырылған; 4Не-тің күйлер диаграммасының жіңішке (тар) аймағында 1,46–1,77 температура аралығында балқу қисығына қосылған кубтық көлемдік орталықтандырылған, Т>14,9 К температура және қысымдары >105 МПа (1050 атм) кезіндегі кубтық жағы ортақтандырылған кристалдық түр өзгерісі (модификациясы) белгілі. Қатты гелийге аз тығыздық (0,19 г/см3) және жоғары сығылғыштық (3,5·10-8 Па-1) тән. Қатты гелийдің механикалық қасиеттері зерттелген кезде пластикадағы жоғары, деформациялық ығысуы кезіндегі аққыштықтың шегі 103 Па болған. Қатты гелийдің оптикалық қасиеттері бойынша, сұйық гелийдің қасиеттеріндей. Қатты гелий – диэлектрик, электрлік беріктілігі 107 В/см. Қатты гелийдің ерекшелігіне Дебай температурасы мәнінің салыстырмалы төмендігін (θВ=25 К) және салыстырмалы түрде жы- лулық тербелістерінің ангармонизмін жатқызуға болады. Осыларға қоса қатты гелийде сұйық гелийдегідей қоспалар іс жүзінде ерітілмейді, тек 3Не-дің жеңіл изотопы ғана бұған қосылмайды. 3Не-тің де кристалдық үш түр өзгерісі бар. Физикалық қасиеттері қатты ңНе-дікіне ұқсас. ңНе-ден айырмашылығы 3Не ядросының спині І=1/2. Т<1 мК кезінде қатты 3Не – антиферромагентик.
ҚАТТЫ ДЕНЕ – заттардың тепе-теңдік қалпының айналасында (төңірегінде) сәл ғана тербеліс жасайтын тұрақты пішінімен және атомдарының өздеріне тән жылулық қозғалыстарымен сипатталатын агрегаттық күйі. Қатты денелер кристалдық және аморфты денелер деп екіге ажыратылған. Кристалдардың атомдары тепе-теңдік қалпында кеңістіктік периодтылықпен орналасуымен сипат- талады. Аморфты денелерде атомдар ретсіз (хаос) орналасқан нүктелер төңірегінде тербеледі. Қатты денелердің тұрақты күйі (ішкі минимум энергиялы) кристалдық күй болып табылады. Аморфты дене термодинамикалық көзқарас бойынша метатұрақты күйде болады және уақыттың өтуіне байланысты кристалдануға тиісті. Табиғаттағы барлық денелер (сұйық гелийден өзгелер) атмосфералық қысым кезінде және Т>0 К температурада қатаятын болады.
Қатты денелердің қасиеттерін зерттеу қатты денелер физикасына біріккен, мұның дамытылуы техниканың мұқтаждығынан туындаған. Қатты денелер физикасы – жаңа материалдардың, жаңа физикалық идеялардың қайнар көзі. Қатты денелер ядролық физикаға, астрономиялық физикаға және басқа да ғылыми салаларға енуде. Қатты денелердің қасиеттерін оның атомдық-молекулалық құрылымымен және оның атомдық (атомдары, иондары, молекулалары), сонымен қатар субатомдық бөлшектердің (электрондардың, атом ядроларының) қозғалыс заңдарымен түсіндіруге болады. Қатты денелердің (металдардың, минералдардың) макроскопиялық қасиеттері туралы мәліметтердің жинақталуы және жүйеленуі ХVІІ ғасырдан басталған. Қатты денелерге механикалық күштердің, жарықтың, электр және магнит өрістерінің, т.б. әсерлерін сипаттайтын бірқатар эмпирикалық заңдар тұжырымдалған. 1660 жылы Гук заңы, 1819 жылы Дюлонг және
Пти заңы, 1826 жылы Ом заңы, 1853 жылы Видеман – Франц заңы, т.б. ашылған. ХІХ ғасырдың 1-жартысында серпімділік теориясының негізгі жү- йесі, қатты денелердің тұтас орта ретіндегі түсінігі қалыптасқан.
Кристалдың кеңістікте реттеліп орналасқан және тепе-теңдік қалпында өзараәсерлесу күштерімен ұсталып тұратын атомдардың жиынтығы ретіндегі түсінікті 1848 жылы француз физигі Огюст Браве (1811–1863) біржолата тұжырымдағанымен бұл идеяның дамуы 1687 жылы Исаак Ньютонның (1643– 1727) шыққан еңбегінен бастау алған. Ол еңбекте дыбыстың жылдамдығы серпімді байланысқан бөлшектердің тізбегі ретінде сөз болған. 1727 жылы швейцар математигі әрі физигі Даниил Бернулли (1700 – 1782) және 1830 жылы француз математигі Огюстен Коши (1789 – 1857), т.б. қатты денелер туралы зерттеулерді жалғастырған. 1890 – 1891 жылдары орыс минералогы Евграф Федоров (1853 – 1919) кристалдардың 230 кеңістіктік симметриялы тобы болатынын дәлелдеген.
1912 жылы неміс физигі Макс фон Лауэ (1879–1960) рентген сәулесінің кристалдардағы дифракциясын ашқан, бұл жайт қатты денелердің реттелген дискретті құрылымды екенін біржолата растаған. 1927 жылы американ физиктері Клинтон Дэвиссон (1881–1958) мен Лестер Джермер (1896–1971) электрондардың кристалдағы дифракциясын бақылаған. Одан кейінгі ке- зеңде нейтрондардың кристалдағы дифракциясы белгілі болған.
Қатты денелердің құрылымдық бірліктері атомдар, молекулалар немесе ион- дар болады. Қатты денелердің кристалдық құрылымы атомдық бөлшектердің арасында әсер етуші күштерге тәуелді. Атомдық бірдей бөлшектер әртүрлі құрылымдар – сұр және ақ қалайыны, графит пен алмасты, т.б. құра алады.
Сыртқы қысымдар арқылы атомдардың аралығын өзгерте отырып қатты денелердің кристалдық құрылымын және қасиеттерін едәуір өзгертуге болады. Жоғары қысымдар кезінде пайда болған көптеген кристалдық түрлер белгілі болған. Көптеген жартылайөткізгіштер қысымның әсерінен металдық күйге ауысқан [120 000 атм қысым кезінде S (күкірт) металға айналған ]. Сыртқы қы- сым әсерінен 1 атомға тиесілі көлем әдеттегі атомның өлшемінен кіші болатын болса, онда атом өзіне тән жеке ерекшелігінен айырылады да зат күшті сығымдал- ған электрондық-ядролық плазмаға айналады. Заттардың осындай күй-
лерін зерттеу, дербес жағдайда жұлдыздардың құрылымдарын түсінуде маңызды болмақ.
Қатты денелердің құрылымдары мен қасиеттерінің өзгеруі (фазалық ауысулары) температураның өзгеруінен, магниттік өрістің және басқа сыртқы әсерлердің ықпалынан да туындайды.
Қатты денелер байланыс типтері бойынша бес топқа ажыратылған, бұлардың әрқайсысы электрондарының өзіндік кеңістіктік орналасуы бойынша сипатталады. 1) Иондық кристалдардағы (Na Cl, KCl т.б.) иондар арасындағы негізгі тартылыс күштері – электрстатикалық күштер. 2) Ковалентті байланысты кристалдардағы (алмас, Ge, Sі) көрші атомдардың валенттілік электрондары ортақтастырылған. Кристалл үлкен молекула тәрізді болады. 3) Көптеген металдардың байланыс энергиясын иондық қаңқалы (металдық байланыс) жылжымалы электрондардың ортақтастырылған өзараәсерлесулері тудырады. Кейбір металдардың (мысалы, ауыспалы) ішкі толтырылмаған қабықшалардың электрондары жүзеге асыратын коваленттік байланыс маңызды. 4) Молекулалық кристалдардағы молекулалары молекулалардың динамикалық полярлануынан туған әлсіз электрстатикалық күштермен (ван-дер-ваальстік күштермен) байланысқан. 5) Сутегілік байланысты кристалдардағы сутегінің әрбір атомы бір мезгілде өзге екі атомның тартылыс күшімен байланысқан. Сутегілік байланыс су молекуласының диполдік моменттерінің электрстатикалық тартылысымен бірге су мен мұздың қасиеттерін анықтайды. Көптеген заттарда әртүрлі типті байланыстар аралас-құралас (комбинациялы) байқалады.
Қатты денелердегі атомдық бөлшектер арасында әрекет ететін күштер әртүрлі болғанымен, олардың көздері электрстатикалық тартылыс пен кері тебу болады. Атомдар мен молекулалардан пайда болған орнықты қатты денелер ~10–8 см аралықтағы тартылыс күштерінің кері тебу күштерімен (олар кванттықмеханикалық табиғатты және ара қашықтық артқан сайын тез кемитін болады) теңгерілетіндігін көрсетеді. Кейбір жағдайларда атомдық бөлшектерді қатты шарлар ретінде қарастыруға және оларды атомдық радиустармен сипаттауға болады. Өзараәсерлесу күштерін білу күйлер теңдеуін қорытып шығаруға мүмкіндік жасайды.
Қатты денелердің барлығы (тек қатты гелийден өзгелері) жеткілікті жоғары температурада балқиды немесе құрғақтай айдалады (қатты күйден тікелей газ күйге ауысу).
Қатты гелий (қысым әсерімен) температура төмендеген кезде ғана балқиды. Балқу үрдісі (процесі) кезінде денеге берілетін жылу атомаралық байланыстарды үзуге жұмсалады. Қатты денелердің балқу температурасы Тбал әртүрлі табиғатты денелер үшін әрқалай болады (молекулалық сутек – 259,1°С-де, вольфрам 3410± 20°С-та, графит 4000°C—тан артық температурада балқиды).
Қатты денелердің механикалық қасиеттерін оның бөлшектерінің құрылымдық бөлшектер арасында әсер ететін байланыс күштері анықтайды. Бұл күштердің әрқилылығы қатты денелердің механикалық қасиеттерінің әртүрлі болуына себепші болған: кейбір қатты денелер пластикалы, басқалары – морт болады. Әдетте металдар диэлектриктермен салыстырғанда пластикалы дене. Температура артқан сайын пластикалық қасиет әдетте арта түседі. Аздаған жүктеме кезінде барлық қатты денелерде серпімді деформация байқалады. Кристалдардың берік- тігі атомаралық байланыстарға сәйкес келмейді. 1922 жылы кеңес физигі Абрам
Иоффе (1880 – 1960) нақты кристалдарда байқалатын беріктіктің төмен болу себебін және оның макроскопиялық ақаулардан пайда болатынын түсіндірген (Иоффе эффектісі). 1933 жылы ағылшын физигі Джеффри Тейлор (1886 – 1975), Э.Орован (АҚШ) және М.Поляни (Ұлыбритания) дислокация туралы ұғым- ды тұжырымдаған.
Электрон ашылысымен қатты денелердің электрондық теориясы дамы- тыла бастады. 1900 жылы неміс физигі Пауль Друде (1863 – 1906) металдардағы валенттілік электрондардың атомдармен байланыспайтынын, кристалдық торларды толтыратын еркін электрондар газын құрайтынын алдын ала болжаған. Осы моделді 1904 – 1905 жылдары голланд физигі Хендрик Лоренц (1853 – 1928) дамытқан. Сыртқы электр өрісі электрондардың бағытталған қозғалысын, яғни электр тогын тудырады. Металдардың электрлік кедергісі электрондардың торлардың иондарымен соқтығысуларынан пайда болатыны түсіндірілді, металдардың жоғары электр өткізгіштігін түсіндіру үшін, атомдар арасындағы орташа қашықтықтардан едәуір артық болатынын еркін жол ұзындығы теориясы енгізілді. Друде-Лоренц теориясы Видеман – Франц заңын және металдардың оптикалық қасиеттерін түсіндіре алды, солардың арасында теория жүзінде алдын ала болжанған электрондардың жылу сыйымдылығына қосқан үлесі тәжірибедегіден алшақтау (бірнеше есе) болды.
Металдардағы электрондық газдарды сипаттауға кванттық механиканың және кванттық статистиканың әдістерін қолдану (Ферми – Дирак үлестірілуі) [ 1927 – 1928 жылдары неміс физигі Арнольд Зоммерфельд (1868–1951) және кеңес физигі Яков Френкель (1894 – 1952)] қатты денелердегі кинетикалық құбылыстардың кванттық теориясын дамытуға арналған негізді жасаған (электр- және жылуөткізгіштік, гальванимагниттік құбылыстар, т.б.). Осы теория бойынша металдағы электрондық газ күшті айныған. Т=0 К болған кезде металдағы электрондардың барлық энергия деңгейлері белгілі бір максимал деңгейге дейін толтырылған (Ферми энергиясы), температура жоғарылаған сайын тек аздап қана шайылып кетеді. Осы жайт 1927 жылы А.Зоммерфельдке металдардағы жылу сыйымдылыққа электрондардың аздаған үлес қосуын түсіндіруге талпынған. Жылу сыйымдылықтың электрондық бөлігі, бақыланатын шама, себебі Т→0 (температура нөлге ұмтылғанда) кезде ол Т (температураға) пропорционал, ал жылу сыйымдылықтың торлық бөлімі Т3-іне (температураның үшінші дәреже- сіне) пропорционал болады.
Кристалдық торлардың периодтық өрісінің электрондар қозғалысына әсер- лерін кванттық-механикалық тұрғыдан қарастыру [1928 – 1934 жылдары американ физигі Феликс Блох (1905 – 1983), француз физигі Леон Бриллюэн (1889
1-сызба. Кристалда атомдық электрондық деңгейлердің энергетикалық зоналарының түзілуі.
– 1969)] кристалдағы электрондардың қозғалысын түсіндірді және зоналық теорияны тұжырымдауға талпынған. Зоналық теория – қатты денелердің осы заманғы электрондық теориясының негізі болып табылады. Қатты денелердегі атомдар өздерінің өлшемдерімен қарайлас қашықтықта орналасқандықтан, валенттілік электрондар белгілі бір атомдармен байланысын үзеді де бүкіл кристалдар бойынша қозғалатын болады, қатты денелердегі энергияның дискретті атомдық деңгейлері жолақтарға – энергетикалық зоналарға кеңейеді
(1-сызба). Энергиялардың рұқсат етілген зоналары бірімен-бірі тыйым салынған зоналар арқылы ажыратылатын болады, бірақ бір-бірін қамтып жатуы да мүмкін. Егер атомдардың электрондық қабықшаларының бірін-бірі қамтуы жеткіліксіз болса, олардың аралығындағы электрондардың ауысулары салыстырмалы түрде сирек кездеседі, сонда рұқсат етілген зоналардың ендері атомдық деңгейлердің аралығындағы қашықтықтан кіші болады (күшті байланыстың жақындауы)
(2-сызба). Көршілес атомдардың элек- трондық қабықшалары бірін-бірі кө- бірек қамтыған болса және электрон- дар атомнан атомға жиі ауысатын бол- са, рұқсат етілген зонаның ені сонша- лықты кең болмақ. Осы жағдайларда рұқсат етілген зоналарды белгілі бір атомдық күйлермен байланыстыру мүмкін емес: осы күйлердің өздері атомаралық өзараәсерлесумен күшті өзгеріске ұшыраған.
Әрбір зонаның шегінде электрон- дардың күйі оның квазимпульсімен си- 2-сызба. Кристалдағы электрондар энер- патталады. Т=0 (температура нөлге тең) гиясының мүмкін мәндері. Төменгі дискретті деңгейлер атомдардың ішкі қабықшаларына
болған кезде қатты денелердің электрон- сәйкес болады.
дары энергияның ең төменгі деңгейін толтырады. Паули принципі бойынша әрбір күйде спиннің мүмкін екі бағдарының біреуінде тек бір ғана электронның болуы мүмкін.
1931 жылы ағылшын физигі Алан В и л ь с о н (1906–1995) әртүрлі электрлік қасиеттері бар қатты денелердің болуы Т=0 К кезіндегі энергетикалық зоналарды электрондардың толтыру сипатына байланысты екенін айғақтаған. Егер бүкіл зоналар электрондармен түгелдей толтырылған немесе бос болса, онда мұндай дене электр тогын өткізбейді,
яғни диэлектрик болып табылады 3-сызба. Рұқсат етілген және тыйым салын- (3-сызбаға қараңыз). Электрондар- ған зоналар: а – диэлектриктердің; б – метал- дың; в, г, д, е – әртүрлі типті өткізгішті жар- мен ішінара толтырылған зоналары
тылайөткізгіштердікі (в – меншікті, г – n-типті
болатын қатты денелер – металдар қоспалы, д – р-типті қоспалы, е – аралас); (б—сызба). Жартылайөткізгіштер ди- қара нүктелер – электрондар; дөңгелектер – кемтіктер.
электриктен соңғы толтырылған
(валенттік) зона мен бірінші бос зона (өткізгіштік зона, b—сызба) арасындағы тар тыйым салынған екі зонамен ерекшеленген. Кристалда ақаулар және қоспалар болса, тыйым салынған зонаның қосымша (қоспалық) энергетикалық деңгейлері пайда болады. Қоспасы бар жартылай өткізгіште әлгі деңгейлер валенттік зонаға (г-сұлба) немесе өткізгіштік зонаға өте жақын орналасады (д—сұлба). Аномальді аз қамтылған валенттік зона мен өткізгіштік зоналы қатты денелер жартылай металдар [мысалы, Ві (висмуттық қамту ені ~ 10-5 зона еніне тең)]. Сондай-ақ саңылаусыз жартылайөткізгіштер де болады, бұлардың өткізгіштік зонасы валенттік зонаға қосылған. Металдарда Ферми деңгейі рұқсат етілген зонада орналасқан. Бұған изоэнергетикалық Ф е р м и б е т і сәйкес болады, ол толтырылған электрондық күйлер аймағымен квазиимпульсті-кеңістікпен бөлінген (ажыратылған). Жартылайөткізгіштердегі Ферми деңгейі тыйым салынған зонада. Саңылаусыз жартылай өткізгіштерде Ферми деңгейі валенттік зонаны өткізгіштік зонадан бөлетін шекарамен сәйкес болады. Өткізгіштік зонада электрондарды қоздыру бос орындар – валенттік зонада кемтіктердің түзілуімен қабаттас өтеді. Өткізгіштік электрондар және кемтіктер жартылай өткізгіштердегі з а р я д т а с у ш ы л а р болып табылады.
Аморфты денелерде қатаң тыйым салынған энергетикалық зоналар жоқ сияқ- ты, бірақ квазитыйым салынған аймақтар бар, бұл аймақта рұқсат етілген зона- ларға қарағанда күйлер тығыздығы едәуір аз. Аморфты денелерде зоналық құрылымның аналогының сәйкестікте болуы Ферми деңгейінің қайда орна- ласқанына тәуелді түрде олардың металдарға, диэлектриктерге және жар- тылайөткізгіштерге бөлінуін түсіндіреді. Аморфты жартылайөткізгіштер барынша егжей-тегжейлі зерттелген.
Жеткілікті жоғары температуралар кезінде қатты денелердің барлығы диамагнитті немесе парамагнитті болады. Температура төмендегенде кейбір парамагнетиктер (диэлектриктер және ауыспалы металдар) Кюри нүктесінде (Тс) сыртқы өріс жоқ кезде атомдардың магниттік моменттері реттеліп бағдарланған ферро-, немесе антиферромагнетик күйге ауысады. Ауыспайтын металдар, әдетте, Т=0 болғанша парамагниттік күйде болады. Магниттік моменттерді бағыттаушы реттеуіш күштердің атомаралық электрондардың арасындағы электрстатикалық өзараәсерлесудің пайда болуына қарамастан кванттық шығу тегі болады.
Қатты денелер физикасының осы заманғы кванттық түсініктері бойынша олар аса көп бөлшектерден (1 см3 көлемде ~1022 бөлшек болатын) құралған конденсацияланған жүйе болып табылады. Бұл жүйе ХХ ғасырдың басынан бастап қалыптаса бастаған. Кристалдық қатты денелердің қасиеттерін зерттеу квазибөлшектер көзқарасынан басталған. Кристалдың қозған күйінің энергиясын негізгі күй маңындағы жекелеген квазибөлшектердің энергияларының қосындысы түрінде көз алдымызға елестетуімізге болады. Осы жайт квазибөлшектер «газы»ұғымын енгізуге және қатты денелердің жылулық, магниттік, т.б. қасиеттерін зерттеу үшін газдардың кинетикалық теориясының әдістерін қолдануға мүмкіндік берді.
Қатты денелердің макроскопиялық бөлшектерден құралған физикалық нысан (объект) ретіндегі өзіне тән бірнеше сипатын атап өтейік.
- Атомдар, молекулалар және иондар қатты денелердің құрылымдық бірліктері болып табылады. Бұлардың арасындағы өзараәсерлесу энергиясы, құрылымдық бөлшектерді қиратуға жұмсалатын энергиямен салыстырғанда аз. Өзараәсерлесу энергиясы әлгі бөлшектердің жылулық қозғалысының энергиясынан да аз, яғни қатты денелер күшті әсерлесуші бөлшектер жүйесі.
- Классикалық заңдар бойынша бөлшектердің жылулық қозғалысының энергиясы ~kТ. Жоғары температура кезіндегі қатты дененің энергиясы ࣟ≈3ΝkТ (мұндағы Ν – бөлшектер саны). Қатты дененің температурасы төмендегенде дененің энергиясы тез кемиді (азаяды). Бұл жайт қатты денелердің энергетикалық спектрінің дискретті (кванттық) сипаты Т→0 К (температура нөлге ұмтылғанда) қозғалыстардың «қатуына» әкеп соқтырады. Деңгейлер арасындағы айырым қаншалықты үлкен болса, қозғалысқа сәйкес келетін жоғары температура да соншалықты «қататын» болады. Осының салдарынан қатты денелердегі әралуан қозғалыстар әртүрлі температураларда маңызды болады.
- Қатты денелерді құраушы бөлшектер арасында әсер етуші әрқилы күштер кристалдардағы белгілі бір жағдайлар кезінде газдардың, сұйықтардың және плазманың қасиеттерінің пайда болуына әкеп соқтырады. Мысалы, металды электрондық сұйыққа матырылған иондық қаңқа ретінде қарастыруға болады; Т>>Тс (температура Кюри температурасынан артық болғанда) болған кезде ферромагнетик өзін магниттік тілдің газы ретінде (қатты парамагнетиктің магниттік алғырлығы газ тәрізді температуралық тәуелділікте болады); жоғары жиілікті электрмагниттік өрістің әсерінен металдардың және жартылайөткізгіштердің электрондық газы плазма тәрізді болады.
- Қатты денелердің атомдық бөлшектерінің қозғалыстары саналуан, осы саналуандық қатты денелердің қасиеттерінің әрқилы болуына себепші болған. Атомдық бөлшектердің массаларының әрқилылығының маңызы бар. Себебі, иондар электрондардан мыңдаған есе ауыр, қатты денелердегі иондардың қозға- лыс жылдамдықтары электрондардың жылдамдықтарымен салыстырғанда аз.
- Қатты денелердегі атомдық бөлшектердің бүкіл қозғалысын төрт типке топтауға болады. a) Атомдардың меншікті немесе өзге текті диффузиялары. б) Ерекше жағдайларда, мысалы, қысым түскен қатты гелийде (Не) атомдардың тепетеңдігі бір қалыптан екінші қалыпқа туннелдік «сүзілуі» мүмкін. в) Қатты денелерде атомдық масштабтағы бөлшектердің ортақтастырылған қозғалыстары болады, мысалы, кристалдық торлардың тербелістері. Қарапайым қозғалыс – белгілі бір толқындық векторлық және оған сәйкес жиілікті толқын. г) Көптеген металдар төменгі температуралар кезінде (Т=0 К температура маңында) асқынөткізгіштік күйге ауысады. Электрондар асқынөткізгіштерде өзінің табиғаты бойынша кванттық, бірақ масштабы бойынша макроскоптық қозғалыс жасайды.
- Қатты денелердің әртүрлі құбылыстарын және қасиеттерін сипаттау үшін квазибөлшектердің кванттық газдары туралы түсінік пайдаланылған. Мысалы, кристалдық торлардың атомдарының жылулық қозғалысы фонондар газы, электрөткізгіштік – өткізгіштік электрондар газы және кемтіктер арқылы сипатталады. Металдардың және жартылайөткізгіштердің электрлік кедергілері өткізгіштік электрондардың шашырауынан және фонондардағы кемтіктерден, торлардағы ақаулардан туындаған. Барлық квазибөлшектері (ең алдымен фонондар) жылу тасиды.
- Қатты денелердегі атомдық бөлшектердің бүкіл еркіндік дәрежелерін көпшілік жағдайда екі топқа ажыратуға болады. Бұлардың біреуінде олардың өзараәсерлесу энергиясы (U) температурамен (Т) салыстырғанда аз, ал екіншілерінде үлкен болады. Егер U<<kТ болса, онда сәйкес келетін еркіндік дәрежесі газ бөлшектерінің жиынтығы ретінде білінеді, ал егер U>>kТ болса, онда сәйкес болатын еркіндік дәрежесі реттелетін болады, олардың қозғалысы бірімен-бірі әлсіз әсерлесетін квазибөлшектердің жүйесімен сипатталады. Сондықтан осы екі шектік жағдайда да «газдық жуықтау» тура
болады. Рубин кристалындағы Сr3+ (хром) ионды
Қатты денелердегі атом ядроларының энергиялар деңгейлері маңызы дененің бүкіл массасының шоғырлануымен бітпейді. Егер ядроның магниттік моменті болса, бұл денелердегі көпшілік қозғалыстардың Т→0 К кезендегі «қатаюы» ядролық магниттік деңгейлердің қосқан үлесін анықтау мүмкін болады. Жеткілікті төменгі температурада әлгілердің парамагниттік алғырлыққа қосқан үлестері елеулі болады. Ядролық магниттік деңгейлер электрмагниттік энергияны резонанстық жұтуда белгілі болады (ядролық магниттік резонанс). Ядролық магниттік резонанс қатты денелерді зерттеудің кең таралған әдістерінің бірі, себебі ядролық магниттік деңгейлердің құрылымы ядроның айналасындағылардың қасиеттеріне, дербес жағдайда атомның электрондық қабықшаларына елеулі тәуелділікте болады. Қатты денелердегі көптеген ядролық үрдістер (процестер) ерекше қасиетке ие болады, оларды қатты денелерді зерттеу үшін пайдалануға болады; мысалы, электрондық-позитрондық аннигиляция қатты денелердің электрондық жүйелерін зерттеуге мүмкіндік береді. Атомдардың реттеліп орналасуы атомның шапшаң қозғалатын бөлшектерінің энергия беруіне едәуір әсерін тигізген. Мысалы, шапшаң бөлшектердің еркін жол ұзындығының зарядты бөлшектердің кристаллграфиялық өстеріне қатысты бағыттарына кенеттен тәуелді болуы байқалады. Екінші жағынан қатты денелерді шапшаң бөлшектермен және фотондармен сәулелеу қатты денелердің қасиеттерін өзгертеді.