Кіріспе

Көп тармақты кристалл Кристалл дендриті - фракталға ұқсас, көп тармақты кристалл. Атауы ежелгі грек тілінен алынған, яғни "ағаш" дегенді білдіреді, өйткені кристаллдың құрылымы ағашқа ұқсайды. Бұл кристалдарды суперсуытылған таза сұйықтықты қолдану арқылы синтездеуге болады, бірақ олар табиғатта да өте кең таралған. Табиғаттағы ең көп таралған кристаллдар дендриттік өсуді көрсетеді, бұл - терезелердегі қар ұштары мен мұз, бірақ көптеген минералдар мен металдарды да дендриттік құрылымдарда табуға болады.

Ең жоғары жылдамдық принципі

Дендриттік үлгілер палеонтологияда алғаш рет табылды және олардың сыртқы түріне байланысты көбінесе қазбалар деп қате қабылданады. Бұл үлгілерді құрудың алғашқы теориясын 1974 жылы Нэш пен Гликсман жариялады, олар өте математикалық әдісті пайдаланып, классикалық ине өсуі үшін сызықтық емес бүтін дифференциалдық теңдеуді шығарды. Алайда олар ине ұшына жақын сандық шешімді ғана тапты және олар белгілі бір өсу жағдайында ұш жылдамдығының бірегей ең жоғары мәні бар екенін тапты. Бұл максималды жылдамдық принципі (МЖТ) ретінде белгілі болды, бірақ Гликсман мен Нэш оны тез арада жоққа шығарды. Келесі екі жылда Гликсман сандық әдістерді жетілдірді, бірақ сызықтық емес бүтін дифференциалдық теңдеудің математикалық шешімдері жоқ екенін түсінбеді, бұл оның нәтижелерін мағынасыз етті.

Шекаралық тұрақтылық гипотезасы

Төрт жылдан кейін, 1978 жылы Лангер мен Мюллер Крумбахар шекті тұрақтылық гипотезасын ұсынды. Бұл гипотезада σ тұрақтылық параметрі қолданылды, ол жылу диффузивтігіне, беткі кернеуіне және дендриттің ұшының радиусына байланысты болды. Олар жүйе кішкентай σ үшін тұрақсыз болатынын және оның дендриттерге айналуын талап етті. Алайда, сол кезде Лангер мен Мюллер Крумбахар белгілі бір өсу жүйелері үшін тұрақтылық критерийін ала алмады, бұл МШ теориясынан бас тартуға әкелді.

Микроскопиялық ерігіштігі

Он жылдан кейін бірнеше зерттеушілер тобы Нэш Гликсман проблемасына қайта оралып, оның қарапайым нұсқаларына назар аударды. Осы арқылы олар изотроптық беткі кернеу мәселесінің шешімі жоқ екенін анықтады. Бұл нәтиже тұрақты ине өсіру ерітіндісі бар жүйе міндетті түрде анизотроптық беткі кернеудің қандай да бір түріне ие болуы керек дегенді білдірді. Бұл жаңалық микроскопиялық ерігіштіктің жағдайы теориясына (MSC) әкелді, алайда бұл теория әлі де сәтсіз болды, өйткені изотропиялық беткі кернеу үшін тұрақты шешім бола алмаса да, теория болжамаған тұрақты шешімдер бар екені тәжірибе жүзінде көрсетілді.

Макроскопиялық континуумдық модель

Қазіргі кезде дендриттік кристаллдарды ең жақсы түсіну макроскопиялық континуумдық модель түрінде келеді, бұл модель жүйедегі қатты және сұйық бөліктердің үздіксіз орталар екенін және интерфейстің бет екенін қабылдайды. Бұл модель материалдың микроскопиялық құрылымын пайдаланып, жаңа түзілудің жалпы түсінігі арқылы дендриттің қалай өсетінін дәл болжайды.

Вулф құрылымы

Критикалық анизотропияның жоғары және төменгі деңгейлері үшін Вулф конструкциясы кристалдың пішінін анықтау әдісін ұсынады. Принцип бойынша, деформацияны жүйенің ең жоғары тиімді беттік энергиясымен шектелген ауданын азайтуға бағытталған тырыс ретінде түсінуге болады. Соңында, осы параболалық ұштың қабырғалары да тұрақсыздыққа ұшырайды, нәтижесінде дендрит өзінің ерекше пішінін алады.

НАСА-ның микрогравитация эксперименті

Изотермиялық дендриттік өсу эксперименті (IDGE) – зерттеушілердің ғарыш шаттлдарында ауырлық күшінің (сұйықтағы конвекцияның) әсерін жоққа шығаратын жағдайда дендриттік өсуді зерттеу үшін пайдаланған материалдар ғылымының қатаю эксперименті. Тәжірибе нәтижелері көрсеткендей, төменгі суперохлаждануда (1,3 К-қа дейін) осы конвекциялық әсерлер маңызды болып табылады. Микрогравитациядағы өсумен салыстырғанда, дендриттік өсу кезіндегі ұш жылдамдығы жердегі қалыпты ауырлық күшінде бірнеше есе артық екені анықталды.