Введение к работе
Актуальность темы. Проблема установления взаимосвязи атомной структуры кристаллов и их физических свойств является сегодня одной из самых актуальных в физике твердого тела. Большие математические трудности аналитического и численного решения квантово-механических уравнений движения частиц в твердом теле общеизвестны и, по-видимому, нет надежды на строгое и полное решение этой задачи в ближайшем будущем. В этой связи представляет интерес рассмотрение некоторых частных вопросов этой проблемы. Одним из таких вопросов является исследование общих геометрических особенностей атомных структур, которые оказывают влияние на те или иные физические свойства. К числу таких особенностей, не зависящих прямо от химического состава, относится симметрия атомной структуры, которая описывается пространственными группами симметрии и определяет возможный спектр физических свойств кристаллов.
Характерной структурной особенностью, которая в ряде кристаллов проявляется как симметрическая, является псевдосимметрия, при которой значительная часть электронной плотности кристалла инвариантна относи»ельно некоторой надгруппы федоровской группы симметрии кристалла в целом. Псевдосимметрия представляет собой важную особенность и свойство кристаллической структуры. Анализ псевдосимметрических особенностей позволяет провести более тонкую, чем традиционная, классификацию кристаллических структур, описывающихся одной и той же пространственной группой симметрии. С другой стороны, сопоставление псевдосимметрических особенностей атомных структур с различными физическими свойствами твердых тел позволит выяснить влияние таких структурных особенностей на физические свойства кристаллов, то есть сделать следующий шаг в решении проблемы «Атомная структура кристаллов - физические свойства».
Целью работы является исследование псевдосимметрических особенностей кристаллических структур неорганических соединений наиболее распространенных структурных типов и их влияние на вид дифракционных спектров, анализ величины псевдосимметричности кристаллов сегнетоэлектриков, принадлежащих структурному типу К.ТР, и кристаллов K2SbF5, разработка новых принципов классификации структур семейств политипов, в частности, карбида кремния на основе степени их псевдосимметричности.
Научная новизна. Предложены новый метод расчета и описание степени псевдосимметрии кристаллических структур и структурных типов. Впервые установлена взаимосвязь между величиной трансляционной псевдосимметрии и видом дифракционных спектров кристаллов. Предложен оригинальный метод классификации семейств политипов и проведена классификация структур политипов карбида кремния на основе степени их псевдосимметричности. Установлено, что в кристаллах, связанных фазовым переходом II рода, кристаллическая структура низкосимметричной фазы псевдосимметрична.
Практическая ценность. Предложенная концепция решения проблемы «Структура -свойства» может быть применена для интерпретации физических свойств кристаллов, а так-
же позволит более целенаправленно вести работу при поиске и синтезировании кристаллов с заданными свойствами.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Принципы количественного описания и классификации кристаллических структур в псевдосимметричных структурных типах.
-
Полный количественный анализ псевдосимметрических особенностей 258 кристаллических структур, принадлежащих 16 структурным типам.
-
Взаимосвязь между степенью псевдосимметричности и видом дифракционных спектров кристаллических структур с трансляционной псевдосимметрией.
-
В кристаллах, связанных фазовым переходом II рода, кристаллическая структура низкосимметричной фазы псевдосимметрична. Для сегнетоэлсктрических кристаллов структурного типа KTiOP04 температура фазового перехода монотонно убывает с увеличением псевдосимметрии кристаллической структуры сегнетофазы.
-
Новая классификация структур политипов карбида кремния на основе степени их псевдосимметричности.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на Всероссийской научной конференции «Структура и свойства кристаллических и аморфных материалов» (Нижний Новгород, 1996 г.), па Международной научно-технической конференции «Проблемы и прикладные вопросы физики» (Саранск, 1997 г.), на XVI научных чтениях имени академика Н.В.Белова (Нижний Новгород, 1997 г.), на I Нижегородской Сессии молодых ученых (Выкса, 1996 г.).
Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах.
