Описываются свойства электрических кристаллов, вскрывается физическая природа этих свойств, рассказывается о многообразных практических применениях электрических кристаллов.

Настоящее 2-е издание дополнено данными, освещающими новые разделы исследования и применения электрических кристаллов. В частности, рассмотрены особенности свойств несобственных сегнетоэлектриков и сегнетоэлектричества в жидких кристаллах, описаны явление электрогирации и явление оптического искажения электрических кристаллов, возникающее под действием лазерного излучения.

Кристаллы диэлектриков исследуются и применяются сейчас всё больше и больше. Многие разделы кристаллофизики, связанные с так называемыми электрическими (пироэлектрическими, сегнетоэлектрическими, пьезоэлектрическими, электрооптическими) кристаллами, получили за последние годы значительное развитие. Но всё же здесь по-прежнему много и научных, и практических проблем.

Научная проблема в познании электрических кристаллов сводится к установлению природы их самопроизвольной (спонтанной) электрической поляризации. Здесь положение даже сложнее, чем в магнетизме, где спонтанная намагниченность объясняется элементарными магнитными моментами электронов. Элементарных электрических диполей в природе, как известно, нет, а самопроизвольная электрическая поляризация кристаллов — не редкость.

Современная техника требует много хороших и разных электрических кристаллов. Такие кристаллы преобразуют тепло в электричество, и наоборот. Это пироэлектрики. Таковы, например, турмалин, сахар. Кристаллы пьезоэлектриков деформируются под действием электрического поля, а механические нагрузки вызывают в них электрическую поляризацию. Наиболее известный пьезоэлектрический кристалл — кварц. Кристаллы пьезоэлектриков излучают и принимают звук и ультразвук, стабилизируют по частоте излучения радиостанций, разграничивают частотные диапазоны в высокочастотной телефонии, служат активными элементами в измерительных приборах и пр.

Квантовая радиоэлектроника также не обходится без электрических кристаллов. Такие кристаллы управляют лазерным пучком: отклоняют его, модулируют по интенсивности, обеспечивают получение мощных («гигантских») импульсов; электрические кристаллы используются для генерации гармоник.

Среди электрических кристаллов центральное место принадлежит сегнетоэлектрикам. Такими кристаллами являются, например, сегнетова соль, титанат бария, дигидрофосфат калия. Сегнетоэлектрики — электрический аналог ферромагнетиков. Они спонтанно поляризованы, разбиваются на отдельные области — домены. Сегнетоэлектрики имеют высокую диэлектрическую проницаемость, из них можно делать малогабаритные конденсаторы большой ёмкости. В районе температуры возникновения (исчезновения) спонтанной поляризации (в области фазового перехода) сегнетоэлектрики испытывают аномалию практически всех физических свойств: тепловых, механических, электрических, оптических. Природа этих аномалий ещё не до конца понята, но резкое изменение свойств сегнетоэлектриков может быть выгодно использовано в измерительной аппаратуре и радиоаппаратуре.

Главное внимание в книге уделяется электрическим кристаллам; однако свойствами, сходными с ними, обладают и некоторые анизотропные диэлектрические среды. Это электреты и пьезоэлектрические текстуры. Основные сведения о них и об их свойствах также будут кратко изложены в книге.

Описание свойств электрических кристаллов во многом связано с кристаллографией. Этим обусловлено наличие в книге первой главы, являющейся, по существу, кристаллографическим введением. Кристаллография в школе не изучается, а в вузах преподаётся в ограниченном объёме. К тому же кристаллы стали широко применяться сравнительно недавно, и о них написано ещё мало книг. Всё это создаёт трудности в понимании свойств кристаллов и в свою очередь в их применении и правильном использовании. Настоящая книга рассчитана на то, чтобы хотя бы частично заполнить пробелы в знаниях о кристаллах широкого круга технических специалистов, студентов и любителей техники.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Электрооптические кристаллы, Сонин А. С., Василевская А. С., 1971
2. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики: Динамика решётки, Блинц Р., Жекш Б., 1975
3. Макроскопическая электродинамика: Учебное пособие для студентов физ. спец. вузов, Галицкий В. М., Ермаченко В. М., 1988