История физики твердого тела

Они построили фундамент в областиполупроводников, которое послужило основой для дальнейших открытий. В наше время все методы и теории, которые были открыты учеными ранее, объясняютсвойства и структуру твердого тела. Они широко используются при получении новых материалов, таких как композиты, наноструктуры, квазикристаллы, а такжеаморфные тела. Эта отрасль науки является главным фундаментом при изучении различных явлений: высокотемпературнаясверхпроводимость, гигантское магнетосопротивление и многиедругиеперспективныесовременные наукоёмкиетехнологии. Физика твёрдого тела, проще говоря, это изучение связей между отдельными атомами и молекулами, а также их объединение в отдельный элемент и упорядоченной системой соединения. Все свойства кристаллов можно объяснить исходя из простых физических моделей. На самом деле все кристаллы, а также аморфные тела намного сложнее, но простая модель является очень эффективной при изучении их строения. Основной целью науки является изучение связей частиц, их свойства, а также изучение новых свойств в микроскопическом твердом теле[6]. На самом деле физика твердого тела выступает основой для более узкого направления как материаловедение, главноенаправлениякоторогорешитьважнейшиепроблемыиприкладныезадачипоизготовлениюновыхматериаловснеобходимызаданнымисвойствами. Это дало возможность создать высокотемпературныесверхпроводники, изучитьвоздействиемощныхэлектромагнитныхизлученийнавещество и поведениеэкситоноввысокихконцентраций. Как говорил директор

Институтафизикитвердоготела Ю. А. Осипьян: «Усилениеролифизикитвердоготелавосновномсвязаносгигантскимчисломтехническихприложений, ивчастностиссозданиемновыхматериалов. Несомненно, внаукеитехникесуществуетмногоновыхидей. Онинемогутбытьреализованычерезотсутствиематериаловснеобходимымисвойствами».Также он уточнял, что отсутствие создания материалов с новыми свойствами очень тормозит развитие технологий и техники. К примеру, как нам известно, что можно провести ряд процессов преобразования энергии, но нет возможности в создании агрегатов, в которых можно было осуществить их в более масштабных объемах, так как агрегаты должны обладать определенными свойствами: выдерживать сверхвысокие температуры, высокое давление, а также сильные магнитныеиэлектрическиеполя. Если бы у нас была возможность предоставить такие материалы ведущим конструкторам, то проблема в преобразовании энергии была бы решена в скором времени навсегда. Изучением строения и свойств и формирования кристаллов занимается кристаллография, которая играет важную роль в изучении физики твердого тела. Её относяткчислунаиболееярковыраженныхпограничныхнаук. Кристаллографияисследуетпроблемы, общиедляфизических, химических, геологических, биологическихитехническихотраслейзнания. Исключительноважнаяособенностькристаллов-способностьменятьсвоисвойстваподвлияниемвнешнихвоздействий-светаиэлектромагнитныхволн, механическихнапряжений, магнитногополя, ядерныхизлучений, температуры. Поэтомукристаллымогутслужитьестественнымиисточниками, приемниками, преобразователями, усилителямифизическихпроцессов. Сейчаструднопредставитьсебекакую-либообластьтехники, котораяненуждаласьбывкристаллах.Ивпервуюочередьэтополупроводниковаятехника.Монокристаллы-сердцелазеровимазеров, ониработаютврадиосхемахисчетно-решающихустройствах, являютсяпрекраснымисредамидлязаписиинформации. Как отмечал Б. К. Вайнштейн, директор института кристаллографии: «Техническое воплощение открытий физики в изучении свойств кристаллов привело к перевороту в многих отраслях науки, такие какрадиоэлектроника, вызванныйприменениемполупроводников, развитиеквантовойэлектроники и акустики».Естественно, чтосначалаиспользовалисьиисследовалисьприродныекристаллы, которыечеловекдобываетизземныхнедр. Нотакиекристаллы-горныйхрусталь, флюорит, алмазыидр.

удовлетворяютлишьмалуюдолюпотребностейсегодняшнегодня.Иделодаженевтом, чтоихзапасыограничены, автом, чтобольшинствоиспользуемыхвтехникемонокристалловоткрытоисинтезировановлабораторияхипосвоимсвойствамнеимеетприродныханалогов" .Внастоящеевремявразличныхотрасляхнародногохозяйствасбольшимуспехомиспользуютсясинтетическиекристаллы.Строгая периодичность составляющих ее элементов является главнойособенностьюкристаллическойструктуры.Влюбомкристаллеможновыделитьосновнуюстроительнуюединицу.Вкристаллографиитакиеединицыназываютэлементарнымиячейками.Кристалл образуется еслисложитьэлементарныеячейкивдольтрехкоординатныхнаправлений. Решитьструктурукристаллаэто означаетопределитькоординатывходящихвегосоставатомов. Вот, к напримеру, созданныев.

Институтекристаллографиикристаллырубина, лейкосапфира, иттрий-алюминиевогогранатаидр.

позволилирешитьрядважныхнаучно-техническихзадач.Срединихполучениемощныхлазерныхизлучений, управлениесветовымипучкамиит.

п.Всталвопрособиспользованииэлектрооптическихсвойствкристалловдлясозданиясверхбыстродействующихвычислительныхмашин.Кромевысокойразрешающейспособноститакиемашиныбудутвомногоразменьшесуществующих (крупногабаритныеустройствапамятисовременной.

ЭВМможетзаменитькристаллвеличинойсоспичечнуюкоробку).Накристаллахможносоздатьтелевизорбезкинескопа.Скаждымгодомвсеболееширокоеприменениенаходятжидкиекристаллы.Онибылиобнаруженыавстрийскимботаником.

Ф.Рейнитцеромв1888г.

в результате синтезаполученное имвеществопринагреванииплавилоськакбыдважды. Сначалакристаллыпревращалисьвмутнуюжидкость, котораяподмикроскопомказаласьсостоящейизкаких-тостранныхзвездочек.Еслиеепродолжалинагревать, жидкостьсветлелаиделаласьпрозрачной. Онапроявляланевиданнуюкомбинациюсвойств-текла, капала, смачивалаповерхности, каквсежидкости, ноподобъективомполяризационногомикроскопавыгляделакактвердоевещество.Жидкиекристаллыоченьчувствительныкслабымизменениямвнешнихусловий.Поразительноевоздействиенажидкиекристаллыпроизводятэлектрическоеимагнитноеполя."Естьоснованияпредполагать,-рассказываетруководительгруппыпоисследованиюжидкихкристаллов.

ИнститутакристаллографииАНСССР, докторфизико-математическихнаук.

И.Г.Чистяков,-чтозародышижизнина.

Земле-первыекомочкиживойплазмы-имелижидкокристаллическоестроение.Какпоказываютисследования, такоежестроениесвойственноструктуреклеточныхмембраннекоторыхсовременныхживыхсуществ-инашихсвамитоже.Например, установлено, чтоволокнагладкихипоперечнополосатыхмышц" сконструированы" изжидкихкристаллов. Онивходят (илимогутвходить).

всоставмногихжиров, ферментов, сухожилий… Сложнейшейжидкокристаллическойструктурой, помнениюученых, являетсяинашмозг.Спомощьюжидкихкристалловможнобезвсякихприборовмгновенноизмерятьтемпературулюбыхпредметовсточностьюдосотыхдолейградуса.Диапазонихприменениянеобъятен-отисследованийвысшейнервнойдеятельностичеловекадосозданияновыхметодовконтроляобувногопроизводства.Советскиехимикиобеспечилиэтиисследования, создавбольшоеколичестворазнообразныхжидкихкристаллов. Списокэтихвеществ, ужеосвоенныхпромышленностью, насчитываетдесяткивидов. Мынесомневаемся, чтовскореонизаймутвтехникетакоежеместоиприобретуттакоежезначение, какиполупроводники" .Срединовыхматериаловпрочнозанялиместосегнетоэлектрическиемонокристаллыикерамики.Вматериалахсдиэлектрическимисвойствами-слюде, стекле, бумаге-поляризованноесостояниевозникаетисохраняетсяподвлияниемвнешнегоэлектрическогополя.Вотличиеотнихсегнетоэлектрикиполяризованысамипосебе, иэтаособенность-характерыйпризнакихустойчивогосостояния.Необычныесвойства, присущиеим, впервыебылиобнаруженыуорганическихкристалловсегнетовойсоли, счемисвязанонаименованиевсейгруппыэтихвеществ. Накончикеиглызвукоснимателяестькрошечныйкристаллик, которыйпереводитмеханическиеколебаниядискавзвуковыеэлектрическиесигналы. Этосегнето-электрик.Уникальноесвойствосамопроизвольнополяризоватьсябез.

внешнихэлектрическихвоздействий-отличительнаяособенностьвсехсегнетоэлектриков.Сегнетоэлектрикможетпоочередноработатьикакизлучатель, икакприемникводномустройстве. Как говорил Вайнштейн, ферромагнитныесвойстваматериалов, к примеру, железо, кобальт, никельизвестнысдревнихвремениизучаютсянесколькостолетий подряд.Сегнетоэлектрическиежесвойствавпервыеобнаруженывсегонемногимболееполувеканазад.Сначаласегнетоэлектрическийэффектсчиталсяакадемичесойвыдумкой.Лишьвв начале ХХ веканачалсябурныйростисследованийсегнетоэлектрическихматериалов, в связи с потребностямивнихновых областейразвития технологий, таких как оптоэлектроника, электро-игидроакустика, радиотехникаиавтоматика. Советскиеученыев разработке теории сегнетоэлектричества ещенараннейстадииразвитиязаняливедущееместо. К примеру, работыакадемика.

И.В.Курчатова, который изучал сегнетовуюсоль, академик.

Б.М.Вул открыл одинизнаиболееэффективныхсегнетоэлектриков-титанатбария, Г. А. Смоленский обнаружил, а потом и исследовал целый рядокисныхсегнетоэлектриков, который заложилипрочныйфундаментдляразвитияэтойотраслинауки. Циклработпокристаллографииикристаллохимиисегнетоэлектриков, выполненныхавторскимколлективомвсоставе.

Ю.Н.Веневцева, И. С. Желудева, В. А. Исупова, В. В. Климова, Е. Г. Фесенкои.

Л.А.Шувалова, представляетнаиболеезначительныедостижениясоветскойнаукивобластисегнетоэлектричествазапоследние20лет. Ониширокопризнаныунасизарубежом" .Перечисленнымученымудалосьобнаружитьболее180новыхсегнетоэлектриков.Наосновесегнетоэлектриковразработанрядперспективныхкерамическихсоставов, обладающихценнымиэлектромеханическимисвойствами. Онинашлиприменениевпромышленностивпьезопреобразователях, усилителяхэлектрическихколебаний, пьезотрансформаторах. Некоторыесоставыполученыввидеоптическипрозрачнойкерамики, чтооткрываетновыеобластидляихиспользования.Усегнетоэлектрическихматериаловбольшоебудущее.

Заключение

.

Физика твердого тела — наука о строении и свойствах твердых тел, и происходящих в них явлениях. В настоящее время эта область физики является ведущей во всех физических исследованиях. Здесь заняты большая часть всех физиков Земли, половина ежегодных публикаций в области физики посвящена так же проблемам физики твердого тела. Широкийдиапазонсвойствтвердыхтел, широтаобластиихтехническогоприменения, атакжепрактическинеисчерпаемыевозможностисозданияновыхтвердыххимическихсоединенийвыдвигаютфизикутвердоготеланаодноизпервыхмествтакихдисциплинах, какфизика, химия, металлургия, различныеобластиинженернойпрактики, атакжебиологическиеимедицинскиенауки. Особенноценнымеждисциплинарныйхарактерфизикитвердоготелаиплодотворноевлияние, оказываемоееетеорией, экспериментамиипрактическимиприложениямикакначистуюнауку, такинанотехнику.

Литература

1.Бушманов.

Б.Н., Хромов.

Ю.А.Физикитвёрдоготела.

М., 1993 г.

2.Детлаф.

А.А.Курсфизики.

М., 1996 г.

3.Даниленко.

В.М.Чтотакоетвёрдоетело?-Киев, 1997 г.

4.Китайгородский.

А.И.иФедин.

Э.И.Атомноестроениеисвойстватвёрдыхтел.

М., 1991 г.

5.Твердоетело//Физическийэнциклопедия/Ред.А. М. Прохоров.—М.:Советскаяэнциклопедия, 1984.

6.Твердоетело//Большая.

Советскаяэнциклопедия.

3-еизд.—М.:Советскаяэнциклопедия, 1969−1978.

7.Вкладакадемика.

А.Ф.Иоффевстановлениеядернойфизикив.

СССР:[Сборник]8.Физ.-техн.

ин-тим.А. Ф. Иоффе, Ленингр.

отд-ние.

Арх.АНСССР.—Л.:Наука:

Ленингр.

отд-ние, 1980—39с.