Файл: Сонин, А. С. Беседы о кристаллофизике.pdf

Оглавление

Анатолий Степанович Сонин

БЕСЕДЫ О КРИСТАЛЛОФИЗИКЕ

Редактор О. А. Степеннова Художественный редактор А. Т. Кирьянов Художник Ю. Л. Максимов Технический редактор И. Н. Подшебякин Корректор Н. А. Смирнова

Сдано в набор 10/Ш 1976 г. Подписано к печа­ ти 30/VI 1976 г. Т-12445. Формат 70Х100'/з..

Атомиздат, 103031 Москва, К-31, ул. Жданова, 5. Ярославский полиграфкомбипат Союзполиграфнрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, поли­ графии и книжной торговли.

150014 Ярославль, ул. Свободы, 97.

В кристаллах могут обнаруживаться целые области явлений, которые у других тел совершен­ но отсутствуют; причем некоторые области, весьма разнообразно и изящно проявляющиеся у кристал­ лов, выступают у прочих тел лишь в унылых, монотонных1 средних значениях. Ни в какой дру­ гой области гармония физических закономерностей не звучит в столь полных и богатых аккордах, как в кристаллофизике.

В. Ф о й г т

ПРЕДИСЛОВИЕ

В этой небольшой книге мы расскажем о кристал­ лофизике. О ней написано много и... мало. Много по­ тому, что в любом учебнике по физике твердого тела и кристаллографии обязательно есть раздел, где опи­ сываются физические свойства кристаллов, имеются и специальные учебники, и монографии по многим ее разделам. Мало потому, что почти везде излагаются просто отдельные физические свойства (чаще всего оптические) различных кристаллов. Кристаллофизи­ ка — логически замкнутая область науки, имеющая свой предмет — физические свойства кристаллов и свой специфический метод — симметрию,— подменя­ ется большим количеством фактов из физики твер­ дого тела.

Кристаллофизика как наука о связи физических свойств кристаллов с их симметрией возникла па ру­

беже нашего века благодаря трудам Ф. Неймана, В. Фойгта, П. Кюри. Ими были сформулировапы пер­ вые основные законы кристаллофизики, введено по­ нятие симметрии физических явлений — фундамен­ тальное понятие кристаллофизики. Однако отцом со­ временной кристаллофизики по праву считается академик Алексей Васильевич Шубников (1887— 1970 г. г.). Он ввел понятие о симметрии математиче­ ских величии и тем самым по-новому подошел к фор­ мулированию многих основных законов, устанавли­ вающих связь симметрии кристаллов и явлений, сим­ метрии причины и следствия, играющих важную роль в кристаллофизике. Вершиной его достижений явля­ ется введение понятия антисимметрии и ее примене­ ние в кристаллофизике *. Эта книга посвящается па­ мяти академика А. В. Шубникова.

В трудах классиков кристаллофизики и прежде всего академика А. В. Шубникова мы находим не скопление разрозненных фактов о физических свой­ ствах кристаллов, а строгую, гармоничную, упорядо­ ченную и красивую систему. Это мы хотели прежде всего дать почувствовать читателю. Поэтому в книге мало описаний конкретных физических свойств, ма­ ло числовых примеров, но много общих понятий и законов.

Кристаллофизика считается трудной для популя­ ризации из-за своего довольно сложного математиче­ ского аппарата — векторной и тензорной алгебры. Причем, как ни в одной науке, математика настолько органически входит в плоть кристаллофизики, что никакое «хирургическое» вмешательство уже невоз­ можно. Поэтому мы стремились предельно просто и понятно вводить алгебраический аппарат во всех слу­ чаях, привлекая и геометрические иллюстрации.

*Однако эти вопросы здесь не рассматриваются, так как это уже выходит за рамки скромных задач книги.

большинство пз которых были учтены при оконча­ тельной доработке рукописи, В. К. Нолику п Б. А. Струкову за некоторые материалы о Ф. Нейма­ не и В. Фойгте, Н. А. Романюку за фотографию домепной структуры сегнетовой соли, М. В. Сониной и А. А. Сонину за большую помощь в оформлении ру­ кописи.

А. С. Сонин

В мире царят кристалл и его твердые прямо­ линейные законы.

А. Е. Ф е р с м а н

лов — конгломерата микроскопических кристалликов, которыми являются большинство породообразующих минералов и металлов. Однако поликристаллы мы рассматривать здесь не будем, так как их физические свойства кроме свойств самих микроскопических кристалликов определяются еще их взаимным распо­ ложением и способом соединения.

Слово кристаллов (хрсттаМ,о|) — греческое и во времена Гомера означало лед. В средние века из-за внешнего сходства со льдом кристаллом стали назы­ вать горный хрусталь (кварц), а с XVII века это на­ звание распространилось па все тела, имеющие мно­ гогранную форму, будь то найдеппые в природе или полученные в лаборатории.

Итак, кристаллы. Один из выдающихся ученых, романтик науки академик А. Е. Ферсман писал: «Це­ лый новый мир открывается перед исследователем кристаллов и постепенно выясняется, что построенное по строгим закопай вещество наполняет весь мир». Действительно, кристаллы — основная форма сущест­ вования твердых тел. До 95% всех твердых тел лито­ сферы (каменной оболочки Земли) составляют крис­ таллы. Горные породы, поделочные и драгоценные камни, природные металлы состоят из кристаллов. Иногда это огромные, в несколько метров, правиль­ ные многогранники, а иногда очень маленькие, раз­ личимые только в микроскон.

Кристаллы с древних времен сопровождают лю­ дей в их жизни. Раньше как драгоценности и украше­ ния, а с начала XX века, с развитием исследований физических свойств материалов, кристаллы широко применяются в оптике, электротехнике, металлургии, медицине и т. д. Вспомним ферриты, полупроводники, пьезоэлектрики, ферромагнетики, сегнетоэлектрики, сверхпроводники, пироэлектрики, оптические кристал­ лы для лазеров, ультрафиолетовой и ипфракраспой