КРИСТАЛЛОФИЗИКА
физическая
кристаллография, изучает физич. свойства кристаллов и кристаллич.
агрегатов и изменение этих свойств под влиянием различных воздействий.
В отношении мн. физич. свойств дискретность решётчатого строения кристалла
не проявляется, и кристалл можно рассматривать как однородную, но анизотропную
среду (см. Анизотропия). Понятие однородности среды означает рассмотрение
физич. явлений в объёмах, значительно превышающих нек-рый характерный для
данной кристаллич. среды объём: объём элементарной ячейки для монокристалла,
средний объём кристаллита для кристаллич. агрегатов (металлов в
поликристаллич. форме, горных пород, пьезоэлектрич. текстур и т.
д.). Анизотропность среды означает, что её свойства изменяются с изменением
направления, но одинаковы в направлениях, эквивалентных по симметрии (см.
Симметрия
кристаллов).
Нек-рые свойства кристаллов, напр,
плотность, характеризуются скалярными величинами. Физич. свойства среды,
отражающие взаимосвязь между двумя векторными величинами (поляризация среды
Р и электрическое поле Е, плотность тока J и электрическое
поле Е и т. д.) или псевдовекторными величинами (магнитная индукция В
и
напряжённость магнитного поля Н и т. д.), описываются полярными
тензорами 2-го ранга (напр., тензоры диэлектрической восприимчивости,
электропроводности, магнитной проницаемости и др.). Нек-рые физич.
поля в кристаллах, напр. поле механич. напряжений, сами являются тензорными
полями. Связь между полем напряжений и др. физич. полями (электрическим,
магнитным) или свойствами (тензором деформаций, тензорами оптич. констант)
описывается тензорами высших рангов, характеризующими такие свойства, как
пьезоэлектрич. эффект (см. Пьезоэлектричество), электрострикция, магнитострикция,
упругость, фотоупругость и т. д.
Диэлектрич., магнитные, упругие и др.
свойства кристаллов удобно представлять в виде геометрия, поверхностей.
Описывающий такую изобразит. поверхность радиус-вектор определяет величину
той или иной кристаллофизич. константы для данного направления. Симметрия
любого свойства кристалла не может быть ниже его морфологич. симметрии
(принцип Ней мана). Иными словами, группа симметрии, описывающая любое
физич. свойство кристалла, неизбежно включает элементы симметрии его точечной
группы. Так, кристаллы и текстуры, обладающие центром симметрии, не могут
обладать полярными свойствами, т. е. такими, к-рые изменяются при изменении
направления на обратное (напр. Пи-роэлектрики). Наличие в среде
элементов симметрии определяет ориентацию главных осей изобразительной
поверхности и число компонент тензоров, описывающих то или иное физич.
свойство. Так, в кристаллах кубич. сингонии все физические свойства, описываемые
тензорами 2-го ранга, не зависят от направления. Такие кристаллы изотропны.
Изобразительной поверхностью в этом случае является сфера. Те же свойства
в кристаллах средних сингонии (тетрагональной, тригональной и гексагональной)
имеют симметрию эллипсоида вращения. Тензор 2-го ранга содержит в этом
случае две независимые константы. Одна из них описывает исследуемое свойство
вдоль главной оси кристалла, а другая- в любом из направлений, перпендикулярных
главной оси. Для того чтобы полностью описать исследуемое свойство таких
кристаллов в заданном направлении, только эти две величины и необходимо
измерить. В кристаллах низших сингонии физич. свойства обладают симметрией
трёхосного эллипсоида и характеризуются тремя главными значениями тензора
2-го ранга (и ориентацией главных осей этого тензора) (см. Кристаллооптика).
Физич. свойства, описываемые тензорами
более высокого ранга, характеризуются большим числом параметров. Так, упругие
свойства, описываемые тензором 4-го ранга для кубич. кристалла, характеризуются
тремя, а для изотропного тела двумя независимыми величинами. Для описания
упругих свойств триклинного кристалла необходимо определить 21 независимую
постоянную. Число независимых компонент тензоров высших рангов (5, 6-го
и т. д.) для разных классов симметрии определяется методами теории групп
(см. Группа).
К. разрабатывает рациональные методы
измерений, необходимых для полного определения физич. свойств анизотропных
сред. Эти методы применимы как при исследовании кристаллов, так и анизотропных
поликристаллич. агрегатов (текстур). К. занимается также методами измерений
разнообразных свойств анизотропных сред с помощью радиотехнич., резонансных,
акустич., оптич., диффрак-ционных и иных методов.
Мн. физич. явления характерны только
для анизотропных сред и изучаются К. Это - двойное лучепреломление и
вращение плоскости поляризации света, прямой и обратный пьезоэффекты, элект-рооптич.
эффект, генерация световых гармоник (см. Нелинейная оптика) и т.
д. Др. явления (электропроводность, упругость и т. д.) наблюдаются и в
изотройных средах, но кристаллы имеют (Особенности, важные для практич.
применения.
Значит. место в К. занимают вопросы,
тесно примыкающие к физике твёрдого тела и кристаллохимии. Это
- исследование изменений тех или иных свойств кристалла при изменении его
структуры или сил взаимодействия в кристаллич. решётке (см. Твёрдые
растворы, Изоморфизм). К. изучает изменение симметрии кристаллов в
различных термоди-намич. условиях. При этом используется Кюри принцип,
к-рый
позволяет предсказать точечные и пространственные группы кристаллов, испытывающих
фазовые
переходы в ферромагнитное и сегнетоэлектрич. состояние (см.
Ферромагнетизм,
Сегнетоэлектрики).
Важное место в К. занимает физика реального
кристалла, изучающая различного рода дефекты в кристаллах (центры
окраски, вакансии, дислокации, дефекты упаковки, границы кристаллических
блоков, доменов, зёрен и т. д.) и их влияние на физич. свойства кристаллов.
Такими свойствами, в первую очередь, являются пластичность, прочность,
электросопротивление,
люминесценция, механич. добротность и т. д. К задачам К. относится также
поиск новых кристаллов, обладающих физич. свойствами, необходимыми для
практич. применений.
Лит. см. при ст. Кристаллография,
Кристаллы, Симметрия кристаллов.
К. С. Александров.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я