|
|
таты этих исследовании широко используются в физике, минералогии, материаловедении и металловедении, химии, мол. биологии н др.
В структурной К. исследуется атомно-молекулярное ∙строение кристаллов методами рентгеновского структурного анализа, электронографии, нейтронографии, опирающимися на теорию дифракции волн и частиц в кристаллах. Применяются также методы оптич. спектроскопии, электронной микроскопии и др. В результате определена кристаллич. структура более 10й хим. веществ. Изучение законов взаимного расположения атомов в кристаллах и хим. связен между ними, а также явлений изоморфизма н полиморфизма является пред-мотом кристаллохимии. Исследования т. н. биологических кристаллов, позволившие определить структуру гигантских молекул белков и нуклеиновых к-т, связывают К. с молекулярной биологией.
При изучении процессов зарождения и роста кристаллов (см. 'Кристаллизация) используются общие принципы термодинамики и закономерности фазовых переходов и поверхностных явлений с уч╦том взаимодействия кристалла со средой, анизотропии свойств и атомно-молекулярной структуры кристаллов. В К. изучаются также разнообразные нарушения идеальной кристаллич. реш╦тки ≈ разл. дефекты, в т. ч. дислокации, возникающие н процессе роста кристаллов или в результате разл. внеш. воздействий на них и определяющие их свойства.
Исследование мехапич., оптич., электрич. и маги, свойств кристаллов является предметом кристаллофизики, к-рал смыкает К. с физикой тв╦рдого тела. Возникший на основе исследования роста кристаллов пром, синтез алмаза, рубина, Ge, Si и др. {см. Синтетические кристаллы) ≈ основа квантовой и полупроводниковой электроники, оптики, акустики и др.
В К. исследуются строение и свойства разнообразных агрегатов из микрокристаллов (поликристаллов, текстур, керамик), а также веществ с атомной упорядоченностью, близкой к кристаллической (жидких кристаллов, полимеров). Симметрийные и структурные закономерности, изучаемые в К., находят применение при рассмотрении общих закономерностей строения и свойств аморфных тел и жидкостей, полимеров, квазикристаллов, макромолекул, надмолекулярных структур и т. п. (обобщ╦нная К.).
Лит.: Попов Г. М., Ш а ф р а н о в с к и и И. И., Кристаллография, 5 ИУД., М., 1972; Современная кристаллографии, т, 1≈4, М., 1979≈81; ШафраноЕский И. И., История кристаллографии, XIX в.. Л., 1980; Белов Н. В., Очерки по структурной кристаллографии и ф╦доровским группам симметрии, М., 1986. Б. Я, Вайиштпейн.
КРИСТАЛЛООПТИКА ≈ часть физической оптики, изучающая законы и особенности распространения света в кристаллах и др. анизотропных средах. Характерные для таких сред явления ≈ двойное лучепреломление, гиротропия, поляризация света, плеохроизм и т. и. Двунреломлснио, положившее начало К., открыто Э. Бартолином (Е. Bartholin) в 1669на кристаллах кальцита. Вопросы поглощения и излучения света кристаллами рассматриваются в спектроскопии кристаллов. Влияние электрич. и магн. полей на оптические свойства кристаллов исследуется в электрооптике и магнитооптике.
В изотропных средах вектор электрич. индукции D связан с вектором электрич. поля М световой волны соотношением />=е.Ь', где к ≈ скалярная величина, зависящая от частоты со (дисперсия частотная) и волнового вектора k (дисперсия пространственная). В анизотропных средах диэлектрич. проницаемость е ≈ тензор (с гл. значениями ех, е^, ег}: зависящий от направления. Следствием этого является наблюдаемая анизотропия оптич. свойств в кристаллах и вес особенности распространения света в них, в частности зависимость фазовой скорости распространения волны v и показателя преломления п от направления. Тензор магн. проницаемости (л в оптич. диапазоне длин волн
в большинстве случаев может считаться равным 1 (нсмагн. кристаллы).
В отличие от изотропных тел, в кристаллах по заданному направлению У могут распространяться две плоские линейно поляризованные в разных плоскостях световые волны с волновыми векторами Й1ч2={о)/<г)га1,а-^ (лАт ≈ волновая нормаль) и разл- фазовыми скоростями Vi^≈c/n^. Показатели преломления пг и п2 определяются как'корни осн. ур-иин К,≈ ур-яия Френеля:
11 -J П
N N~ N
* ' * ' г≈≈- = 0. (1)
1
1
к.
V
1 п2
Направления векторов поляризации этих волн />' и />"(рис. 1) и волновая нормаль N образуют тройку взаимно перпендикулярных векторов, Т. к. в анизотропных средах вектор D не совпадает по направлению с вектором -В, а вектор потока энергии (У мова вектор) $ = ≈ (с/4я)[_72 Н], лежащий в плоскости векторов .К, D, N, перпендикулярен Е, то$ не совпадает по направлению с вектором волновой нормали N. Вектор, нацравлсн-
нкт гтл W я ттп яГ.р ПРТИ- Рис' *∙ Расположение векторов ныппол, апоаос-вели- ^ Е п я плоских ноли в
чине такой, что NS = l, кристаллах. нвз. лучевым вектором. Т. о,, в кристаллах есть два несовпадающих (в отличие от изотропных тел) направления ≈ направление волновой нормали (фазовой скорости) и направление энергии (луча, лучевой скорости). Заменой e,-fc≈'∙вТГ1, -/}≈»--Е, N≈*-8 из ф-л, связывающихе/дт
D, //, JV, получаются ф-лы для е^1, E,ff, S ≈ в этом
заключается принцип двойственности в К.
В К. широкое применение для интерпретации оптич. свойств кристаллов находит метод оптич. поверхностей (волновых и лучевых}. В соответствии с ур-пием (1) свойства кристалла могут быть геометрически описаны его оптич. индикатрисой ≈ эллипсоидом с полуосями
Уе*, У^Бу, V zz (т. и. поверхностью волновых нормалей, абс. значения радиусов-векторов к-рой по заданному направлению N равны значениям показателей пре-ломленияволн.идущихпоэтомунаправлению). Оси симметрии этого эллипсоида определяют три взаимно перпендикулярных главных направления в кристалле, а значение его полуосей ≈ главные значения тензора диэлектрич. проницаемости, Сечение индикатрисы плоскостью, проходящей через е╦ центр и перпендикулярной заданному направлению JV, является в общем случае эллипсом. Длины гл. полуосей этого эллипса равны показателям преломления, а их направления совпадают с направлением колебаний (вектора 7> в волне). Во всех точках кристалла оптич. индикатрисы имеют одинаковую ориентацию и одинаковые размеры полуосей, зависящие от симметрии кристалла.
По числу разл. главных значений тензора e/jt (1) 2 или 3) кристаллы делятся на три группы в зависимости от типа сингонии (см. Сингония кристаллическая). Для кубич. кристаллов тензор e.jt вырождается в скаляр с одним гл. значением (е^^ву≈£г), а эллипсоид ≈ в сферу. Кристаллы этой группы по оптич, характеристикам не отличаются от изотропных тел (без уч╦та пространственной дисперсии). В кристаллах средних сингонии (гексагональной, тригональной и тетрагональной) оптич. индикатриса ≈ эллипсоид вращения, име-
22
ющии два гл. значения ВД-^Б^^Е . =п^, e3=^et| =ne и
ось вращения, параллельную оси симметрии высшего порядка. В этом случае ур-ние Френеля в гл. системе
с
о о
и
а
511
