VIVOS VOCO: С.А. Гриднев, «Сегнетоэластические кристаллы: основные свойства, влияние дефектов»

Сегнетоэластические кристаллы:
основные свойства, влияние дефектов

С.А.Гриднев

Станислав Александрович Гриднев, д.ф.-м.н.,
профессор кафедры физики твердого тела
Воронежского государственного технического университета.

Не совсем обычное сочетание слов «сегнетоэластический кристалл» или «эластический кристалл» может вызвать некоторое недоумение читателя: бытовые представления о кристалле и об эластичном материале как-то не стыкуются. Однако такие кристаллы на самом деле существуют и активно изучаются. Поэтому вполне естественно возникают вопросы: чем они примечательны и почему к их исследованию проявляется большой интерес? Попробуем разобраться в этом.

Сегнетоэластик - что это?

Можно дать следующее определение сегнетоэластическим кристаллам, или сегнетоэластикам, как часто их называют. Сегнетоэластики - это особый класс кристаллических твердых тел, в которых при структурном фазовом переходе из более симметричной (параэластической) в менее симметричную (сегнетоэластическую) фазу спонтанно (самопроизвольно) возникает деформация кристаллической решетки относительно исходной. Наблюдается эта деформация в определенном температурном интервале, причем ее можно сменить на противоположную, прилагая к кристаллу внешнее механическое напряжение.

Кристаллы отличаются от некристаллических твердых тел тем, что их физические свойства (механические, электрические, магнитные, оптические и др.) зависят от направления в кристалле, т.е. все кристаллы анизотропны. Анизотропия свойств обусловлена периодическим расположением атомов в кристалле и связана с симметрией его кристаллической решетки. Математически анизотропные свойства обычно представляют в виде некоторой квадратной матрицы (тензора), включающей в себя полный набор всех компонент какого-либо свойства для разных направлений. Первый индекс у каждой компоненты указывает строку, а второй - столбец, в котором стоит компонента. Число индексов равно рангу тензора. Физические свойства описываются тензорами от нулевого до четвертого ранга. Тензор нулевого ранга используется для величин, не зависящих от направления (например, для плотности и теплоемкости), - это скаляры, они изотропны для всех кристаллов. Тензором первого ранга (вектором) характеризуется, например, пироэлектрический эффект, второго ранга - теплопроводность, третьего ранга - пьезоэлектрический эффект, четвертого - упругие свойства кристаллов.

Упругие свойства большинства твердых тел при достаточно малых механических напряжениях подчиняются обобщенному закону Гука, связывающему напряжение s_ik и деформацию* x_lm линейной зависимостью

s_ik = С_iklmx_lm, (1)

где С_iklm - тензор упругих жесткостей.

Иногда закон Гука формулируют иначе:

s_ik = s_iklms_lm, (2)

где s_iklm - тензор упругих податливостей. Тензоры С_iklm и s_iklm симметричны относительно перестановки индексов в каждой паре и пар индексов между собой.

* Здесь под деформацией мы будем понимать безразмерную величину, представляющую собой отношение удлинения к длине образца при растяжении-сжатии или отношение длины дуги, на которую смещается верхнее сечение образца относительно нижнего, к длине образца при кручении.

Для кристаллов с низкой симметрией полное описание упругих свойств требует знания большого числа независимых компонент упругой податливости или жесткости по разным направлениям. Например, для цинка их пять, а для кристалла триглицинсульфата - 13. Очевидно, что деформация - реакция кристалла на воздействие внешнего напряжения - также должна содержать большое число компонент xik, определяемых как симметрией кристалла, так и направлением воздействия.

Если изменяется лишь температура кристалла, мы имеем дело с ненаправленным воздействием, и результирующая деформация, возникающая при этом (тепловое расширение), оказывается однородной и не нарушает симметрии кристалла. Спонтанная деформация в сегнетоэластическом кристалле также появляется при изменении температуры (охлаждении ниже точки фазового перехода), но здесь ситуация иная, отличная от теплового расширения. В результате фазового перехода в сегнетоэластике обязательно возникает новая компонента деформации, запрещенная в высокосимметричной фазе; именно она и порождает новый вид перехода - сегнетоэластический [1].

Различают чистые сегнетоэластики - кристаллы, обладающие только сегнетоэластическими свойствами, но не обнаруживающие сегнетоэлектрического или ферромагнитного поведения, и смешанные (комбинированные) сегнетоэластики - кристаллы, являющиеся одновременно сегнетоэластиками и сегнетоэлектриками или сегнетоэластиками и ферромагнетиками. К числу первых относятся кристаллы ортофосфата свинца Pb₃(PO₄)₂, тригидроселенита калия KH₃(SeO₃)₂ и др.; к числу вторых - кристаллы титаната бария BaTiO₃, молибдата гадолиния Gd₂(MoO₄)₃, дигидрофосфата калия KН₂РО₄ и др. Хотя не каждый сегнетоэлектрик или ферромагнетик оказывается сегнетоэластиком, класс сегнетоэластических кристаллов, как теперь установлено - самый многочисленный класс кристаллов, испытывающих структурные фазовые переходы. Как и сегнетоэлектрики, они могут быть одноосными, в которых спонтанная деформация возникает только вдоль одной из осей кристалла, если это продольная компонета x, или вокруг одной из осей кристалла при сдвиговой компоненте деформации (тригидроселенит калия, молибдат гадолиния), а также многоосными (например, ортофосфат свинца, титанат бария).

На возможность существования фазовых переходов, сопровождающихся одной только спонтанной деформацией, впервые указал наш соотечественник В.Л.Инденбом еще в 1960 г., однако только в 1969 г. японский ученый К.Аизу ввел в физику твердого тела специальный термин «сегнетоэластик» (или «ferroelastic» в иностранной научной литературе) и показал необходимость отдельного рассмотрения сегнетоэластических фазовых переходов. Вскоре стало ясно, что и на макроскопическом, и на микроскопическом уровне сегнетоэластики обнаруживают ряд существенных отличительных особенностей в поведении. Таким образом, теперь не вызывает сомнения тот факт, что они заслуживают самостоятельного изучения.

О структурных метаморфозах

Среди различных типов фазовых переходов в твердых телах, когда изменяются различные характеристики (электронные, магнитные, и др.), наиболее часто встречаются структурные фазовые переходы - такие, при которых трансформируются структура и симметрия кристалла. Структурные переходы принято делить на две большие группы: реконструктивные и дисторсионные. Первые сопровождаются перемещением атомов на большие расстояния и радикальной перестройкой структуры, при вторых происходит небольшое смещение атомов - всего на доли элементарной ячейки. В последнем случае исходная структура искажается слабо, и для описания вводят так называемый параметр перехода.

Параметр перехода - некоторая характеристика, отсутствующая в высокосимметричной фазе и появляющаяся в результате фазового перехода в низкосимметричной фазе. В этом качестве чаще всего выступает макроскопическая физическая величина, легко измеряемая в физическом эксперименте - электрическая поляризация Р, намагниченность М, деформация x и др.

В окрестности структурного перехода практически все физические свойства (диэлектрические, упругие, электрооптические, пьезоэлектрические и др.) ведут себя необычно, аномально. Соответствующие величины изменяются скачком, проходят через максимум и т.д. Если, например, параметром перехода служит компонента вектора поляризации P (сегнетоэлектрический фазовый переход), то аномально при температуре фазового перехода (в точке Кюри Т_C) изменяется диэлектрическая проницаемость e, если же параметр перехода - вектор намагниченности M (ферромагнитный фазовый переход), то магнитная проницаемость m, а если параметр перехода - деформация x (сегнетоэластический фазовый переход), то упругая податливость s.

Как правило, спонтанно возникающие величины P, M или x по-разному зависят от соответственно внешнего электрического поля Е, магнитного поля Н или механического напряжения s, когда те увеличиваются и уменьшаются - говорят, что имеет место гистерезис. Гистерезисные кривые Р(Е), М(Н) и x(s) отражают тот факт, что направление векторов спонтанной поляризации и намагниченности, знак продольной (растяжение-сжатие), сдвиговой деформации могут быть изменены на обратные или переориентированы на определенный угол под действием внешних Е, Н или s. Несмотря на различную природу этих явлений, их объединяет качественно одинаковое поведение основных, характерных для этих классов кристаллов, свойств: магнитных (а), электрических (б) и механических (в) - см. рис.1.

Рис. 1. Температурные зависимости спонтанной намагниченности М_сп, поляризации Р_сп и деформации x_сп - ниже точки Кюри; обратных значений магнитной проницаемости m, диэлектрической проницаемости e и упругой податливости s - выше точки Кюри, и петли гистерезиса М(Н), Р(Е) и x(s) для ферромагнетика (а), сегнетоэлектрика (б) и сегнетоэластика (в).

Наличие в названиях таких веществ общей части «ферро»* дало основание ввести для них общее название - ферроичные кристаллы, или ферроики. Можно сказать, что сегнетоэластики - это механические аналоги сегнетоэлектриков и ферромагнетиков, т.е. кристаллы с нелинейными механическими свойствами.

* В зарубежной литературе сегнетоэлектрики известны как «ferroelectrics».

Сегнетоэластические фазовые переходы обладают рядом общих черт:

- имеется параметр перехода;
- искажение кристаллической решетки и смещения атомов при переходе малы по сравнению с параметрами элементарной ячейки, причем низкосимметричную структуру можно в принципе получить малым искажением структуры исходной высокосимметричной фазы;
- ниже точки перехода возникают сегнетоэластические домены (упругие двойники), решетки которых находятся в определенном ориентационном соответствии друг с другом и с решеткой параэластической фазы;
- под действием внешнего механического напряжения, сопряженного со спонтанной деформацией, сегнетоэластические домены могут переключаться из одного ориентационного состояния в другое, что приводит к нелинейной зависимости x от s;
- при циклическом изменении s зависимость x(s) имеет вид насыщенной петли механического гистерезиса;
- в окрестности сегнетоэластического фазового перехода наблюдаются аномалии ряда физических свойств кристалла.

Все эти признаки абсолютно аналогичны тем, что были установлены первоначально для ферромагнитных и сегнетоэлектрических фазовых переходов. Но особенности сегнетоэластических, прежде всего реальных (содержащих дефекты), кристаллов изучены менее всего. Усилия исследователей в последние годы направлены на решение главной проблемы в физике сегнетоэластиков: выяснению роли дефектов в формировании основных свойств кристалла и установлению природы взаимодействия дефектов различного типа в кристаллической решетке.

На домены - разделись!

Итак, при температуре выше точки Кюри Т_C сегнетоэластик пребывает в параэластической фазе, когда деформация отсутствует. Если же охладить его ниже Т_C, причем в механически свободном состоянии (внешних механических напряжений нет), он переходит в сегнетоэластическую фазу - возникают деформации. При этом кристалл разбивается на сегнетоэластические домены таким образом, чтобы суммарная деформация образца с учетом ее знаков в каждом домене равнялась нулю (рис.2). Домены - это области сегнетоэластика с постоянным значением спонтанной деформации, отличающиеся друг от друга направлением последней. Разбиение кристалла на домены соответствует при этом минимуму упругой энергии кристалла.

Рис. 2. Схематическое изображение возникновения (а, б) и перестройки (б-в, б-г) доменной структуры в сегнетоэластическом кристалле.

Если приложить к кристаллу внешнее механическое напряжение, которое направлено определенным образом, спонтанные деформации, существующие в отдельных доменах, могут быть переориентированы. При достаточно больших значениях напряжения кристалл становится монодоменным, а его суммарная деформация достигает насыщения.

Причины образования доменной структуры сегнетоэластиков на сегодняшний день не совсем ясны. Параллели с сегнетоэлектриками и ферромагнетиками здесь провести не удается. Дело в том, что в сегнетоэластиках нет аналога деполяризующего или размагничивающего поля, поэтому нет и энергетического стимула разбиения на домены. В однородном поле механических напряжений равновесным является монодоменное состояние. Согласно гипотезе, высказанной А.Л.Ройтбурдом, роль деполяризующего поля в сегнетоэластиках играют неоднородные внутренние напряжения, возникающие в кристалле при переходе через точку Кюри и распространяющиеся на большие расстояния. Эти напряжения становятся существенно меньше, когда кристалл ниже Т_C разбивается на домены с различной собственной деформацией. При определенной толщине доменов происходит исчезновение дальнодействующих упругих напряжений, т.е. процесс разбиения на домены оказывается энергетически выгодным.

В прозрачных сегнетоэластических кристаллах доменную структуру можно наблюдать с помощью оптического поляризационного микроскопа благодаря разориентации оптических индикатрис соседних доменов.

Оптическая индикатриса представляет собой геометрическое место точек, которые изображают в условном масштабе величины показателей преломления, отложенные из центра полярной диаграммы для выбранных направлений. Полученная поверхность и будет индикатрисой. Для изотропных сред индикатриса - сфера, а для анизотропных - эллипсоид вращения или более сложная поверхность. Метод наблюдения доменов в поляризованном свете использует то обстоятельство, что разориентация направлений спонтанной деформации в сегнетоэластических доменах всегда сопровождается соответствующей разориентацией их оптических индикатрис. Поэтому при рассмотрении в проходящем свете пластинки кристалла, помещенной между двумя скрещенными поляроидами, одни домены будут светлыми (свет через них проходит), а другие темными, так как положения погасания для соседних доменов не совпадают, т.е. соседние сегнетоэластические домены всегда визуально различимы (рис.3). Таким образом, оптическая различимость доменов в поляризованном свете - надежный экспериментальный признак сегнетоэластика. И действительно, все известные кристаллы, в которых доменная структура наблюдается в поляризационном микроскопе (BaTiO₃, KH₂PO₄, Gd₂(MoO₄)₃, KH₃(SeO₃)₂ и др.), - сегнетоэластики. Наоборот, одноосные коллинеарные сегнетоэлектрики, доменную структуру которых нельзя различить этим методом (SbSJ, триглицинсульфат), не обладают сегнетоэластическими свойствами.

Рис. 3. Изображение доменной структуры монокристалла сегнетовой соли в поляризованном свете.

Геометрия доменов в кристаллах сегнетоэластиков весьма разнообразна. Реальная структура определяется природой и характером распределения дефектов, а также геометрией и предысторией образца. Число различных типов доменов, взаимная ориентация их спонтанной деформации зависят от симметрии кристалла. Так, например, в кристалле чистого сегнетоэластика Pb₃(PO₄)₂ наблюдаются три типа доменов, которые могут быть разделены двумя видами доменных границ.

Если сегнетоэластик - смешанный, т.е. является одновременно и сегнетоэлектриком, то границы между сегнетоэластическими доменами оказываются и границами, разделяющими сегнетоэлектрические домены. При этом, если кристалл - одноосный сегнетоэлектрик (такой сегнетоэлектрик, в котором P_сп возникает только вдоль одной из осей кристалла, например молибдат гадолиния, сегнетова соль и др.), то сегнетоэластические домены совпадают с сегнетоэлектрическими. Подобные смешанные сегнетоэластики называют полными сегнетоэластиками-сегнетоэлектриками. В случае многоосных сегнетоэлектриков, в которых P_сп может равновероятно возникать вдоль одной из нескольких осей кристалла (титанат бария, тригидроселенит натрия и пр.), внутри каждого сегнетоэластического домена может существовать уже чисто сегнетоэлектрическая доменная субструктура. Такие смешанные сегнетоэластики называют неполными сегнетоэластиками-сегнетоэлектриками. Соседние сегнетоэластические домены оптически различимы в поляризованном свете, а сегнетоэлектрическая субструктура - нет. Подчеркнем, что все многоосные сегнетоэлектрики непременно являются сегнетоэластиками.

Непостоянство доменов

Домены могут переключаться из одного ориентационного состояния в другое под действием механических напряжений определенной величины и направления. В поле внешних напряжений они становятся энергетически неэквивалентными, и более благоприятно ориентированные относительно этого поля растут за счет энергетически менее выгодных. Устанавливается новая доменная структура, соответствующая данному значению внешнего напряжения; при некотором его значении кристалл вообще переходит в монодоменное состояние: доменные границы исчезают и весь кристалл представляет собой один домен. Перестройка доменной структуры лежит в основе изменения макроскопической деформации сегнетоэластиков под действием механических напряжений. Кинетика доменных границ определяется их подвижностью в реальном кристалле, а также процессами зарождения новых доменов. Процесс переключения может происходить, например, путем зарождения тонких клиновидных или линзообразных доменов с последующим их ростом и движением регулярных плоских или зигзагообразных доменных границ.

Взаимодействие доменных границ с периодическим полем кристаллической решетки, с дефектами и неоднородностями кристалла или с другими доменными границами приводит к «трению», возникающему при их перемещении. Из-за него трансформация доменной структуры при циклическом изменении внешних напряжений становится необратимой: суммарная деформация при увеличении напряжения, при его уменьшении и изменении знака ведет себя по-разному. Другой причиной сегнетоэластического гистерезиса является задержка образования и роста зародышей переключаемых областей из-за влияния дефектов. С одной стороны, дефекты кристаллической решетки облегчают процесс образования зародышей и тем самым способствуют переключению образца, а с другой - препятствуют смещению доменных границ и тем самым его затрудняют. Как уже говорилось, зависимость деформации x от величины механического напряжения s не линейна и имеет вид петли гистерезиса (рис.4). Ее форма x(s) зависит от многих факторов: температуры, частоты и амплитуды внешнего поля, количества примесей и дефектов кристаллической решетки в материале и др. [2].

Рис. 4. Температурная эволюция петель сегнетоэластического гистерезиса при приближении к точке Кюри (Т_C = 211 К) кристалла KH₃(SeO₃)₂.

По петле гистерезиса можно определить величину спонтанной деформации xсп (продолжая участок насыщения петли гистерезиса до пересечения с осью x, как показано на левой кривой рис.4) и коэрцитивного напряжения sк. Последнее соответствует переключению доменов и переходу кристалла в монодоменное состояние, сопровождающемуся сменой знака x_сп. Для сегнетоэластиков характерны большие величины x_сп = 10^–3-10^–1.

Что же касается s_к, то их значения варьируются в пределах от 10⁵ Па для так называемых эластомягких кристаллов с узкой петлей гистерезиса до 10⁸ Па для эластожестких кристаллов, характеризующихся широкой петлей гистерезиса.

Магическая температура

Температура - ключевая для фазовых переходов величина. При изменении температуры и ее приближении к точке Кюри форма петли гистерезиса изменяется (рис.4). Хорошо видно, как при нагревании сегнетоэластика спонтанная деформация xсп уменьшается по величине и стремится к нулю при Т ® Т_C. Величина x_сп сильнее всего зависит от температуры в области фазового перехода, а в самой точке перехода исчезает либо скачком (фазовый переход 1-го рода, например, в BaTiO₃), либо непрерывно (фазовый переход 2-го рода, например, в тригидроселените калия). В последнем случае температурная зависимость x_сп ниже Т_C определяется выражением:

x_сп = [a₀(Т_C – Т)] / b, (3)

где a₀ и b - постоянные коэффициенты,Т_C - температура Кюри.

Как выяснилось [2], специально введенные в кристалл KH₃(SeO₃)₂ точечные дефекты (ионы Cr³⁺) сильно влияют на форму петель механического гистерезиса и ее изменение при нагревании. Так, петли, полученные на номинально чистых образцах, симметричны относительно осей напряжений и деформаций (рис.4), а примесь приводит к их смещению относительно этих осей (рис.5). Асимметрия петель, полученных на образцах с введенными дефектами, уменьшается по мере приближения к Т_C. Причиной асимметрии петель оказывается порожденное примесными дефектами внутреннее поле, которое способствует росту доменов, благоприятно ориентированных относительно внутреннего поля. При этом создается так называемое «унидеформационное» состояние, аналогичное униполярному состоянию в сегнетоэлектриках с дефектами.

Рис. 5. Петли сегнетоэластического гистерезиса для кристалла KH₃(SeO₃)₂, легированного хромом, при разных температурах.

Располагая экспериментальными кривыми сегнетоэластического гистерезиса, можно построить температурные зависимости квадрата спонтанной деформации x²_сп(Т), которые, согласно формуле (3), должны быть прямыми линиями, проходящими через Т_C (рис.6). При наличии дефектов, однако, налицо отклонения: для кристалла с ионами Cr³⁺ прямая x²_сп(Т) сдвигается, и, кроме того, вблизи Т_C = 211 К возникает излом, зависимость x²_сп(Т) искривляется. Это свидетельствует о том, что в кристалле с фазовым переходом 2-го рода появляются черты фазового перехода 1-го рода, вызванные влиянием дефектов.

Рис. 6. Температурные зависимости x²_сп(Т): 1 - по данным рис. 5; 2 - для номинально чистого кристалла.

Сильная температурная зависимость выше и ниже Т_C наблюдается также у упругой податливости s и других констант сегнетоэластика. Так, с приближением к точке Кюри s резко возрастает. В большинстве сегнетоэластиков зависимость упругой податливости от температуры при Т > Т_C подчиняется закону Кюри-Вейсса:

s = s_Ґ + [C_w / (Т – Т_C) ], (4)

где s_Ґ - неаномальная часть упругой податливости вдали от Т_C, C_w - константа Кюри-Вейсса. Чтобы проверить, выполняется ли закон Кюри-Вейсса, обычно строят зависимость обратной податливости 1/(s - s_Ґ) от (Т – Т_C) - согласно (4), она должна представлять собой прямую линию.

Сильное изменение деформации образца под действием механических напряжений за счет смещения доменных границ обусловливает большую величину упругой податливости s полидоменного сегнетоэластика. Значение s тем больше, чем слабее «закреплены» доменные границы на дефектах и на поверхности кристалла.

Сегнетоэластические выкрутасы

Поскольку в сегнетоэластиках в результате фазового перехода спонтанно возникает одна или несколько компонент тензора упругой деформации, пространственное изменение такого параметра порождает дальнодействующие упругие силы. Из-за разбиения на домены и наличия в реальных кристаллах различных дефектов деформация в низкосимметричной фазе распределена неоднородно, и это может приводить к неожиданным механическим эффектам. В частности, было обнаружено [3-5], что образцы сегнетоэластических кристаллов самопроизвольно закручиваются при изменении температуры в окрестности Т_C (без всяких внешних механических напряжений). Такое закручивание имеет место только в сегнетоэластической фазе и не наблюдается в фазе параэлектрической, т.е. оно связано с особенностями сегнетоэластического состояния. Кроме того, закручиваются лишь образцы «активной» кристаллографической ориентации, в которых механическое напряжение сопряжено со спонтанной деформацией и вызывает движение доменных границ. Очевидно, что обнаруженный эффект связан с наличием двойниковой структуры, ее состоянием и является своеобразным эффектом памяти формы [6]: образец, спонтанно закрутившийся на некоторый угол при охлаждении ниже Т_C, начинает раскручиваться при последующем нагревании, а выше Т_C принимает свою прежнюю форму.

Впервые эффект закручивания наблюдался в чистых собственных сегнетоэластиках KH₃(SeO₃)₂ и KD₃(SeO₃)₂ [2]. Позже он был обнаружен и в других сегнетоэластических кристаллах, например в Ba₂NaNb₅O₁₅ [3], Hg₂Cl₂ [4] и др. Во всех этих кристаллах в результате фазового перехода спонтанно возникает та или иная сдвиговая компонента тензора деформации. Экспериментально установлено [2-5], что величина угла спонтанного закручивания образца зависит от состояния доменной структуры, которое можно изменять высокотемпературным отжигом, введением дефектов или внешним статическим механическим напряжением (рис.7). По-видимому, обнаруженный эффект нельзя объяснить только изменением симметрии при фазовом переходе, так как возникает он лишь в случае, когда отсутствует баланс между доменами с разным знаком спонтанной деформации (из-за неоднородного распределения дефектов в кристаллической решетке).

Рис. 7. Температурные зависимости спонтанной крутильной деформации кристалла KH₃(SeO₃)₂ при различном внешнем статическом напряжении.

Если сдвиговую деформацию доменов, возникающую в сегнетоэластической фазе, представить как результат образования в объеме домена непрерывно распределенных замкнутых дислокационных петель [7], угол j спонтанного закручивания образца будет прямо пропорциональным спонтанной деформации и разности площадей доменов с x_сп разного знака. Именно последняя величина окажется решающей: образец не будет закручиваться при изменении температуры в том случае, когда количество доменов одного и другого знака одинаково. Если внешним статическим напряжением s_ст изменить это соотношение, то деформация кручения x, пропорциональная углу j, будет увеличиваться с ростом s_ст, что наблюдается в эксперименте (рис.7).

То, что в эксперименте образцы закручиваются лишь в одну из сторон, можно объяснить как результат самосогласованного зарождения новых доменов в поле упругих напряжений доменов, уже существующих. Если в кристалле есть явно выраженная неоднородность (дефект), то в этой локальной области образуется небольшой домен (зародыш). Появление этого домена-лидера вызывает незначительное закручивание кристалла в одну из сторон. В поле упругих напряжений такого слегка закрученного кристалла облегчается зарождение новых доменов, компенсирующих упругое поле, но приводящих к дополнительному закручиванию кристалла в ту же сторону. Так как процесс этот носит самосогласованный характер, то при охлаждении кристалла закручивание происходит только в одну сторону.

* * * Напоследок хочется еще раз обратить внимание читателя на важность исследования наиболее широкого класса диэлектрических кристаллов - сегнетоэластиков - как для науки, так и для различных областей техники.

Во-первых, в физике твердого тела появился новый раздел - физика сегнетоэластических кристаллов, т.е. кристаллов с нелинейными механическими свойствами, обусловленными возникновением спонтанной деформации при фазовом переходе, разбиением кристалла на сегнетоэластические домены и динамикой доменных границ. Кроме чистых собственных сегнетоэластиков этот класс включает в себя также многочисленные кристаллы, обладающие помимо сегнетоэластических еще и сегнетоэлектрическими, суперионными свойствами, кристаллы с несоразмерными фазами, высокотемпературные сверхпроводники, фуллерены и др. Во-вторых, общность сегнетоэластических фазовых переходов с другими ферроическими позволяет использовать один и тот же прием анализа различных типов фазовых переходов.

Что касается приложений, то здесь подводить итоги пока рано: всю потенциальную сферу применений в настоящее время трудно себе представить. По-видимому, сейчас наибольшие перспективы связаны с использованием сегнетоэластиков в управляемых акустоэлектронных устройствах обработки сигналов, а также с созданием принципиально новых типов устройств [8]. Для этого необходимы поиск и исследование новых сегнетоэластических кристаллов и совершенствование технологии их получения.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.
Проект 98-02-16055.

Литература

1. Шувалов Л.А. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1979. Т.43. №8. C.1554-1560.

2. Гриднев С.А., Шувалов Л.А., Кудряш В.И. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1983. Т.47. №3. C.497-499.

3. Гриднев С.А., Бирюков А.В., Иванов О.Н. // ФТТ. 1999. Т.41. №10. C.1848-1850.

4. Binder A., Knorr K., Markov Yu.F. // Phys. Rev. B. 2000. V.61. №1. P.190-196.

5. Гриднев С.А., Иванов О.Н., Михайлова Л.П., Давыдова Т.Н. // ФТТ. 2001. Т.43. №4. C.693-696.

6. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. Л., 1987.

7. Современная кристаллография. Т.4. Шувалов Л.А., Урусовская А.А., Желудев И.С. и др. Физические свойства кристаллов. М., 1981. С.84-110.

8. Алексеев А.Н., Злоказов М.В., Осипов И.В. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1983. Т.47. №3. C.465-475.