к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Кристаллофизика

Кристаллофизика - область кристаллографии, изучающая связь физ. свойств кристаллов и др. анизотропных материалов (жидких кристаллов, поликристаллич. агрегатов) с их симметрией, атомной и реальной структурой и условиями получения, а также изменения свойств под влиянием внеш. воздействий. К. использует симметрию кристаллов как метод изучения закономерностей изменения свойств объектов, общие закономерности, установленные физикой твёрдого тела и связывающие атомное строение и электронную структуру со свойствами кристаллов.

При изучении мн. макроскопич. свойств кристаллических и др. материалов их можно рассматривать как сплошные однородные среды, характеризуемые своей точечной или предельной группой симметрии. В то же время мн. свойства кристаллов определяются их кристаллич. структурой (напр., оптич. спектры) или даже симметрией локального окружения исследуемого фрагмента структуры (данные радиоспектроскопических методов).

Для количественного описания анизотропных физ. свойств кристаллов в К. используется аппарат тензорного и матричного исчислений. Различают два типа тензоров - материальные и полевые. Полевые тензоры характеризуют поля внеш. воздействий (температуры, электрич. поля, механич. напряжений и т. д.) и не связаны с симметрией исследуемой среды. С помощью материальных тензоров описывают свойства анизотропной среды.

Симметрия макроскопич. свойств кристалла определяется точечной группой его симметрии (G) и не может быть ниже последней (Неймана принцип ).Иными словами, группа собств. симметрии G* материального тензора, описывающего то или иное физ. свойство такой среды (кристалла), включает элементы симметрии G, т. е. является надгруппой . Собств. симметрия тензоров часто описывается предельными группами точечной симметрии. Нек-рые величины, характеризующие свойства кристаллов (плотность, теплоёмкость), являются скалярными. Взаимосвязь между двумя векторными полями (напр., между поляризацией Р и напряжённостью электрич. поля М, плотностью тока j и E)или псевдовекторными величинами (напр., между магн. индукцией В и напряжённостью магн. поля Н)описывается тензором 2-го ранга (тензоры диэлектрической восприимчивости, электропроводности, магнитной восприимчивости), в общем случае линейные и нелинейные связи между тензорными полями - материальными тензорами 3-го, 4-го, 5-го и др. высших рангов (см. Пьезоэлектричество, Электрострикция, Магнитострикция, Упругость, Фотоупругость). Для полной характеристики свойств анизотропной среды необходимо определить независимо все компоненты тензоров соответствующих рангов, а часто и зависимости каждой из компонент от внеш. факторов. К. разрабатывает рациональные способы таких измерений, к-рые, как правило, усложняются по мере понижения симметрии кристаллов (повышения числа независимых компонент тензоров соответствующего ранга). Так, в К. широко используется геом. представление об анизотропии физ. свойств (материальных тензоров) в виде т. н. указат. поверхностей (рис. 1); радиус-вектор такой поверхности характеризует величину рассматриваемого свойства в данном направлении. Симметрия анизотропной среды определяет не только симметрию и число независимых компонент тензоров, описывающих то или иное физ. свойство, но и ориентацию гл. осей указат. поверхностей. Число отличных от нуля компонент тензора для среды с симметрией G определяется методами теории представлений групп.

Рис. 1. Сечение указательной поверхности вращения для угла поворота плоскости поляризации света (с длиной волны =589,3 нм) в кристалле правого a-кварца, класс симметрии 32. Знак плюс означает правое вращение вдоль главной оси х₃.

В К. исследуются как эффекты, характерные только для анизотропных сред (двойное лучепреломление и вращение плоскости поляризации эл--магн. и акустич. воля, прямой и обратный пьезоэффекты н др.), так и явления, наблюдаемые и в изотропных средах (электропроводность, упругость и т. д.); в кристаллах эти явления приобретают особенности, обусловленные их анизотропией. Так, напр., в наиб. симметричном кубич. кристалле в плоскости (001) распространяются не две, как в изотропной среде, а три акустич. волны (рис. 2, а)и скорости двух сдвиговых волн совпадают, когда упругие волны распространяются вдоль осей 4-го порядка. Для того же кристалла в направлении пространственной диагонали [111] (рис. 2, б)имеет место явление внутр. конич. рефракции упругих волн.

Рис. 2. Главные сечения указательной поверхности фазовых скоростей (в 10⁵ см/с) упругих волн в кубическом кристалле КВг, класс симметрии m3m: а - в плоскости (100); б - в плоскости (110).

Задачей К. является также исследование свойств кристалла при фазовых переходах. Кюри принцип позволяет предсказать изменение точечной и пространственной групп симметрии кристаллов при фазовых переходах (напр., в ферромагн. и сегнетоэлектрич. состояния; см. Ферромагнетизм, Сегнетоэлектрики). При описании магнитных свойств кристаллов и кристаллов с модулированными структурами (см. Волны зарядовой плотности)в К. привлекается аппарат обобщённых групп симметрии.

В К. изучается и влияние реальной: структуры на физ. свойства кристаллов. К дефектам структуры чувствительны мн. свойства кристаллов: электропроводность, механич., оптич. и др. свойства. Важнейшие задачи К.- установление зависимостей изменения физ. свойств кристаллов от их состава, строения и реальной структуры, а также поиск способов управления свойствами материалов и создание новых структур (текстур и композитных материалов) с оптим. сочетанием ряда свойств для практич. применения.

Литература по кристаллофизике

Най Дж., Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц, пор. с англ., 2 изд., М., 1967;
Сиротин Ю. И., Шаскольская М. П., Основы кристаллофизики, 2 изд., М., 1979;
Современная кристаллография, т. 4, М., 1981;
Попов Г. М., Шафрановский И. И., Кристаллография, 5 изд., М., 1972;
Современная кристаллография, т. 1-4, М., 1979-81;
Шафрановский И. И., История кристаллографии, XIX в., Л., 1980;
Белов Н. В., Очерки по структурной кристаллографии и фёдоровским группам симметрии, М., 1986.
Шубников А. В., Копцик В. А., Симметрия в науке и искусстве, 2 изд., М., 1972;
Федоров E.С., Симметрия и структура кристаллов, М., 1949;
Шубников А. В., Симметрия и антисимметрия конечных фигур, М., 1951;
International tables for X-ray crystallography, v. 1 - Symmetry groups, Birmingham, 1952;
Ковалев О. В., Неприводимые представления пространственных групп, К., 1961;
Вейль Г., Симметрия, пер. с англ., М., 1968;
Современная кристаллография, т. 1 - Вайнштейн Б. К., Симметрия кристаллов. Методы структурной кристаллографии, М., 1979;
Галиулин Р. В., Кристаллографическая геометрия, М., 1984;
International tables for crystallography, v. A - Space group symmetry, Dordrecht - [a. o.], 1987.

К. С. Александров

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что, как ни тужатся релятивисты, CMB (космическое микроволновое излучение) - прямое доказательство существования эфира, системы абсолютного отсчета в космосе, и, следовательно, опровержение Пуанкаре-эйнштейновского релятивизма, утверждающего, что все ИСО равноправны, а эфира нет. Это фоновое излучение пространства имеет свою абсолютную систему отсчета, а значит никакого релятивизма быть не может. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира