КРИСТАЛЛОФИ́ЗИКА

КРИСТАЛЛОФИ́ЗИКА, изу­ча­ет связь фи­зич. свойств (элек­трич., маг­нит­ных, оп­тич., ме­ха­нич. и их ком­би­на­ций) твёр­дых и жид­ких кри­стал­лов с хи­мич. соста­вом и сим­мет­ри­ей кри­стал­лов, ис­сле­ду­ет влия­ние внеш­них воз­дей­ст­вий на эти свой­ст­ва, де­фек­ты в кри­стал­лах и ме­ха­низ­мы об­ра­зо­ва­ния кри­стал­лов. К ком­би­ни­ро­ван­ным свой­ст­вам кри­стал­лов от­но­сят­ся, напр., элек­тро­оп­ти­че­ские (см. Элек­тро­оп­ти­ка), маг­ни­то­оп­ти­че­ские (см. Маг­ни­то­оп­ти­ка), фо­то­элек­три­че­ские (см. Фо­то­элек­три­че­ские яв­ле­ния), пье­зо­элек­три­че­ские (см. Пье­зо­элек­три­че­ст­во, Пье­зо­элек­три­ки) свой­ст­ва, элек­тро­стрик­ция, маг­ни­то­ст­рик­ция, в ко­то­рых про­ис­хо­дит пре­об­ра­зо­ва­ние сиг­на­лов од­но­го ти­па в дру­гой. Напр., при­ло­же­ние к кри­стал­лу элек­трич. на­пря­же­ния вы­зы­ва­ет ме­ха­нич. сме­ще­ния по­верх­но­сти или отклонениe лу­ча све­та. Свой­ст­ва кри­стал­лов раз­лич­ны в раз­ных на­прав­ле­ни­ях (ани­зо­тро­пия), но оди­на­ко­вы в на­прав­ле­ни­ях, эк­ви­ва­лент­ных по сим­мет­рии (см. Сим­мет­рия кри­стал­лов). Де­фек­ты в кри­стал­лах (ва­кан­сии, при­ме­си, дис­ло­ка­ции, цен­тры ок­ра­ски, де­фек­ты упа­ков­ки, гра­ни­цы кри­стал­лич. зё­рен, до­ме­ны и др.) пол­но­стью оп­ре­де­ля­ют пла­стич. де­фор­ма­цию и проч­ность кри­стал­лов, кар­ди­наль­но ме­ня­ют по­лу­про­вод­ни­ко­вые свой­ст­ва, ок­ра­ску, влия­ют на про­цес­сы об­лу­че­ния час­ти­ца­ми, рент­ге­нов­ским из­лу­че­ни­ем и т. д. Об­разо­ва­ние кри­стал­лов вклю­ча­ет в се­бя яв­ле­ния их за­ро­ж­де­ния и рос­та, со­от­вет­ст­вую­щие по­верх­но­ст­ные яв­ле­ния, фор­ми­ро­ва­ние и эво­лю­цию де­фект­ной струк­ту­ры кри­стал­лов при кри­стал­ли­за­ции из рас­пла­вов, рас­тво­ров, па­ров, стё­кол, плаз­мы и кри­стал­лов др. фаз.

Боль­шой раз­дел К. – ис­сле­до­ва­ние фа­зо­вых пре­вра­ще­ний в кри­стал­лах. Из­ме­не­ние то­чеч­ной и про­стран­ст­вен­ной групп сим­мет­рии кри­стал­лов, ис­пы­ты­ваю­щих фа­зо­вые пе­ре­хо­ды, напр., в фер­ро­маг­нит­ное и сег­не­то­элек­три­че­ское со­стоя­ния (см. Фер­ро­маг­не­тизм, Сег­не­то­элек­три­ки), по­зво­ля­ет пред­ска­зать Кю­ри прин­цип.

Все свой­ст­ва кри­стал­лов – пря­мое след­ст­вие их хи­мич. со­ста­ва, атом­ной струк­ту­ры, сим­мет­рии и со­вер­шен­ст­ва – изу­ча­ют­ся кри­стал­ло­гра­фи­ей и кри­стал­ло­хи­ми­ей. В Рос­сии тра­ди­ци­он­но кри­стал­ло­гра­фия не толь­ко оп­ре­де­ля­ет и ана­ли­зи­ру­ет струк­ту­ру кри­стал­лов, но и изу­ча­ет свой­ст­ва и об­ра­зо­ва­ние кри­с­тал­лов, т. е. пе­ре­се­ка­ет­ся с кри­стал­ло­фи­зи­кой.

Яв­ле­ния на по­верх­но­сти и вбли­зи по­верх­но­стей оп­ре­де­ля­ют об­ра­зо­ва­ние кри­стал­лов, как мас­сив­ных (напр., по­лу­про­вод­ни­ко­вых мас­сой до со­тен кг), так и кри­стал­лич. плё­нок и сло­ёв (вплоть до мо­но­мо­ле­ку­ляр­ных), их свой­ст­ва и ра­бо­ту во мно­гих при­бо­рах (напр., мик­ро­элек­тро­ни­ки), а так­же как пре­до­хра­няю­щих и функ­цио­наль­ных по­кры­тий. Ещё бо­лее су­ще­ст­вен­на роль по­верх­но­сти в на­но­тех­но­ло­ги­ях, по­это­му К. взаи­мо­дей­ст­ву­ет с фи­зи­кой и хи­ми­ей по­верх­но­стей.

С те­че­ни­ем вре­ме­ни К. ре­ша­ет всё боль­ше за­дач фи­зич. ин­же­не­рии по соз­да­нию кон­ст­рук­ци­он­ных ма­те­риа­лов и при­бо­ров, глав­ным функ­цио­наль­ным эле­мен­том ко­то­рых слу­жат кри­стал­лы и кри­стал­лич. плён­ки. В этом инж. ас­пек­те К. близ­ка к ма­те­риа­ло­ве­де­нию и ме­тал­ло­ве­де­нию.

К. ис­поль­зу­ет все под­хо­дя­щие для изу­че­ния кри­стал­лов ме­то­ды фи­зи­ки, хи­мии и кри­стал­ло­гра­фии, вклю­чая элек­трич., оп­тич., маг­нит­ные, те­п­ло­вые и ме­ха­нич. из­ме­ре­ния, ди­фрак­цию и ин­тер­ферен­цию рент­ге­нов­ских лу­чей (в т. ч. ис­сле­до­ва­ние струк­тур­ных атом­ных про­цес­сов на­но­се­кунд­ной и боль­шей дли­тель­но­сти), ней­тро­нов, све­та, все ви­ды то­по­гра­фии, элек­трон­ную мик­ро­ско­пию (в т. ч. атом­ное раз­ре­ше­ние струк­ту­ры и де­фек­тов), элек­трон­ные маг­нит­ные ре­зо­нан­сы, атом­но-си­ло­вую и тун­нель­ную мик­ро­ско­пию, ди­фрак­ци­он­ные ис­сле­до­ва­ния по­верх­но­стей и др. ме­то­ды, вклю­чая син­хро­трон­ное из­лу­че­ние. К. опи­ра­ет­ся на тео­рию кон­ден­си­ров. сред, тео­рию сим­мет­рии, мо­де­ли­ро­ва­ние ме­то­да­ми Мон­те-Кар­ло и мо­ле­ку­ляр­ной ди­на­ми­ки.