|
Программа спецкурса
«ФИЗИКА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ» (7 семестр, 36 часов, экзамен) I. В в е д е н и е 1. История исследования сегнетоэлектриков. Основные определения и экспериментальные факты. Структурные типы сегнетоэлектрических материалов. 2. Элементы кристаллографии и кристаллофизики. Тензорное описание физических эффектов в кристаллах. Свойства, описываемые тензорами первого (пироэлектрический эффект), второго (диэлектрическая проницаемость, электропроводность), третьего (пьезоэлектрический эффект), четвертого (упругость и электрострикция) ранга. 3. Равновесный термодинамический потенциал кристалла заданной симметрии. Взаимосвязь электрических, тепловых и механических эффектов в кристаллах. II. Феноменологическая теория сегнетоэлектричества 1. Структурные фазовые переходы I и П рода в диэлектриках. Основные идеи теории фазовых переходов Ландау. Характерный параметр фазового перехода. Неравновесный термодинамический потенциал. Изменение симметрии при фазовых переходах П рода. 2. Собственные и несобственные сегнетоэлектрические фазовые переходы в кристаллах. Сегнетоэлектрики-сегнетоэластики. Температурная зависимость спонтанной поляризации, диэлектрической проницаемости, теплоемкости, упругих и пьезоэлектрических модулей. Флуктуационные эффекты при фазовых переходах П рода. Число Гинзбурга-Леванюка. Область применимости теории Ландау для сегнетоэлектрических фазовых переходов. Псевдособственные (слабополярные) сегнетоэлектрики. 3. Доменная структура сегнетоэлектриков. Роль электрических граничных условий. Антифазные границы. Энергия доменной стенки. Движение доменных стенок при переключении спонтанной поляризации электрическим полем. Теория коэрцитивного поля. 4. Сегнетоэлектрики с несоразмерными фазами. «Симметрийно-обусловленные» и «случайные» несоразмерные фазы. Температурная эволюция несоразмерной структурной модуляции. Солитоноподобные структуры. Диэлектрические свойства сегнетоэлектиков с несоразмерной фазой. Явление глобального гистерезиса физических свойств. III. Микроскопические модели в теории сегнетоэлектричества 1. Особенности колебательного спектра ионных кристаллов. Макроскопическое и локальное электрическое поле. Поле Лорентца. Проблема неустойчивости симметричного состояния кристаллической решетки сегнетоэлектрика. Мягкая мода в колебательном спектре, механизм ее возникновения. Кооперативный эффект Яна-Теллера. Роль дальнодействующих (кулоновских) и короткодействующих сил. Структурные фазовые переходы типа смещения: «вымораживание» мягкой моды в центре, на краю и в произвольной точке зоны Бриллюэна. Исследование мягких мод методами ИК- и КР-спектроскопии, неупругого рассеяния нейтронов. 2. Сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок. Гамильтониан кристалла с неупорядоченной подрешеткой. Связь с моделью Изинга. Термодинамический потенциал модели Изинга (приближение самосогласованного поля, кластеров). Модификация гамильтониана при учете квантово-механического эффекта туннелирования сегнетоактивных частиц (случай водородсодержащих сегнетоэлектриков). Сопоставление с феноменологической теорией: физический смысл коэффициентов разложения термодинамического потенциала в теории Ландау. Модельная теория сегнетоэлектриков типа КР2РО4. 3. Динамическая восприимчивость сегнетоэлектрического кристалла. Кинетическое уравнение для параметра порядка близи Тк. Время релаксации параметра порядка. Дисперсия диэлектрической проницаемости. Микроскопический подход к описанию динамики параметра порядка. Связь нормальных колебаний решетки с диэлектрической проницаемостью. Соотношение Лиддана-Сакса-Теллера. IV. З а к л ю ч е н и е 1. Кристаллохимические аспекты сегнетоэлектрических явлений. Проблема состав-структура-свойство в сегнетоэлектричестве. 2. Применение сегнетоэлектриков. Темы спецсеминаров 1. Теория симметрии, элементы симметрии. 2. Основные понятия теории групп. Теорема Лагранжа. 3. Точечные группы. Построение точечных кристаллографических групп (групп Шубникова). 4. Элементы пространственных групп. Решетки Браве. Структура пространственной группы. 5. Элементы теории представлений групп. Приводимость представлений. Неприводимые представления. 6. Основные свойства неприводимых представлений. Построение неприводимых представлений точечных групп. 7. Применение неприводимых представлений для теоретико-группового анализа и описания фазовых переходов в кристаллах. 8. Построение базисных инвариантов. Классическая теория Ландау и ее современное развитие. Применение теории дифференцируемых отображений к построению и исследованию феноменологических моделей фазовых переходов. Литература 1. Най Дж. Физические свойства кристаллов.- М., 1967. 2. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллографии.- М., 1979. 3. Сонин А.С., Струков Б.А. Введение в сегнетоэлектричество. М., 1970. 4. Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. - М., 1995. 5. Физика сегнетоэлектрических явлений (под ред. Г.А.Смоленского).- Л., 1985. 6. 6. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике.- М., 1989. Автор программы профессор Б.А.Струков |