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 директорИнститутафизикитвердоготела 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,созданныевИнститутекристаллографиикристаллырубина,лейкосапфира,иттрий-алюминиевогогранатаидр.позволилирешитьрядважныхнаучно-техническихзадач.Срединихполучениемощныхлазерныхизлучений,управлениесветовымипучкамиит.п.Всталвопрособиспользованииэлектрооптическихсвойствкристалловдлясозданиясверхбыстродействующихвычислительныхмашин.Кромевысокойразрешающейспособноститакиемашиныбудутвомногоразменьшесуществующих(крупногабаритныеустройствапамятисовременнойЭВМможетзаменитькристаллвеличинойсоспичечнуюкоробку).Накристаллахможносоздатьтелевизорбезкинескопа.Скаждымгодомвсеболееширокоеприменениенаходятжидкиекристаллы.ОнибылиобнаруженыавстрийскимботаникомФ.Рейнитцеромв1888г.в результате синтезаполученное имвеществопринагреванииплавилоськакбыдважды.Сначалакристаллыпревращалисьвмутнуюжидкость,котораяподмикроскопомказаласьсостоящейизкаких-тостранныхзвездочек.Еслиеепродолжалинагревать,жидкостьсветлелаиделаласьпрозрачной.Онапроявляланевиданнуюкомбинациюсвойств-текла,капала,смачивалаповерхности,каквсежидкости,ноподобъективомполяризационногомикроскопавыгляделакактвердоевещество.Жидкиекристаллыоченьчувствительныкслабымизменениямвнешнихусловий.Поразительноевоздействиенажидкиекристаллыпроизводятэлектрическоеимагнитноеполя.«Естьоснованияпредполагать,-рассказываетруководительгруппыпоисследованиюжидкихкристалловИнститутакристаллографииАНСССР,докторфизико-математическихнаукИ.Г.Чистяков,-чтозародышижизнинаЗемле-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, работыакадемикаИ.В.Курчатова, который изучал сегнетовуюсоль,академикБ.М.Вул открыл одинизнаиболееэффективныхсегнетоэлектриков-титанатбария,Г. А. Смоленский обнаружил, а потом и исследовал целый рядокисныхсегнетоэлектриков, который заложилипрочныйфундаментдляразвитияэтойотраслинауки.Циклработпокристаллографииикристаллохимиисегнетоэлектриков,выполненныхавторскимколлективомвсоставеЮ.Н.Веневцева,И.С.Желудева,В.А.Исупова,В.В.Климова,Е.Г.ФесенкоиЛ.А.Шувалова,представляетнаиболеезначительныедостижениясоветскойнаукивобластисегнетоэлектричествазапоследние20лет.Ониширокопризнаныунасизарубежом".Перечисленнымученымудалосьобнаружитьболее180новыхсегнетоэлектриков.Наосновесегнетоэлектриковразработанрядперспективныхкерамическихсоставов,обладающихценнымиэлектромеханическимисвойствами.Онинашлиприменениевпромышленностивпьезопреобразователях,усилителяхэлектрическихколебаний,пьезотрансформаторах.Некоторыесоставыполученыввидеоптическипрозрачнойкерамики,чтооткрываетновыеобластидляихиспользования.Усегнетоэлектрическихматериаловбольшоебудущее.ЗаключениеФизика 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.Литература1.БушмановБ.Н.,ХромовЮ.А.Физикитвёрдоготела.-М.,1993г.2.ДетлафА.А.Курсфизики.-М.,1996г.3.ДаниленкоВ.М.Чтотакоетвёрдоетело?-Киев,1997г.4.КитайгородскийА.И.иФединЭ.И.Атомноестроениеисвойстватвёрдыхтел.-М.,1991г.5.Твердоетело//Физическийэнциклопедия/Ред.А.М.Прохоров.—М.:Советскаяэнциклопедия,1984.6.Твердоетело//БольшаяСоветскаяэнциклопедия.3-еизд.—М.:Советскаяэнциклопедия,1969–1978.7.ВкладакадемикаА.Ф.ИоффевстановлениеядернойфизикивСССР:[Сборник]8.Физ.-техн.ин-тим.А.Ф.Иоффе,Ленингр.отд-ниеАрх.АНСССР.—Л.:Наука:Ленингр.отд-ние,1980—39с.