Аморфные твердые тела

Как отмечено выше, в аморфных телах отсутствует характерный для кристаллов «дальний» порядок. В то же время в них наблюдается определенная упорядоченность в расположении атомов, харак- теризуемая так называемым «ближним» поряд- ком. Это означает, что расстояния между сосед- ними атомами оказываются немного отличающи- мися от средних значений, но с увеличением рас- стояния между атомами взаимная корреляция в их расположении все более нарушатся. Различие в структуре кристаллов и аморфных тел приво- дит к различию в их физических свойствах.

Различия аморфных тел и кристаллов

Одно из различий в физических свойствах – отсут- ствие у аморфных тел жесткости по отношению к сдвигу – отмечено выше. Второе различие заклю- чается в том, что твердые аморфные тела при на- гревании постепенно размягчаются и переходят в жидкое состояние, поэтому определенную темпе- ратуру плавления аморфного тела назвать невоз- можно.

Вещества, обладающие кристаллической структу-рой и имеющие определенный химический состав, переходят в жидкое состояние при строго постоян- ных температуре и давлении. При тех же самых условиях происходит и обратный процесс – зат- вердевание.

Еще одно различие состоит в том, что физические

свойства аморфных тел не зависят от направле- ний, в которых измеряется физическая величина.

Если вырезать, например, из стекла кубик и изме-

рить теплопроводность, показатель преломления, диэлектрическую проницаемость или любую дру- гую физическую величину вдоль любой оси куба, полученные значения будут совершенно одинако- вы. Тела, физические свойства которых не зави- сят от направления, наз. изотропными.

Вотличие от аморфных тел кристаллы анизотроп-

ны, т.е. их физические свойства, особенно меха-

нические и оптические, зависят от направлений.

Однако в поликристаллической структуре анизо-

тропия незаметна из-за хаотичности ориентации кристаллов.

Размерные эффекты

Многие свойства твердых тел зависят от их харак- терных размеров. В традиционных областях фи- зики, имеющих дело с макромасштабами, изуча- ются образцы с размерами от миллиметров до

километров. При изучении таких объемных мате-

риалов используются усредненные характеристи- ки, и микроскопические детали усредняются.

Когда измерения производятся в микронном и на-

нометровом диапазоне, многие свойства матери- алов изменяются. Это связано с проявлением

квантовых эффектов при достижении размеров

образца, соизмеримых с длиной волны электро- на, радиусом фонона и других квазичастиц.

Физика твердого тела — это наука о строении, свойствах твердых тел и происходящих в них явлениях.

Физика твердого тела включает в себя учение о природе и механизме образо- вания твердых тел, их строении, микро- скопическом устройстве, свойствах, фак- торах, обуславливающих и объясняющих

поведение и свойства всех типов твер-

дых тел, а также описание методов ис-

следования твердых тел.

Кристаллическая решетка

Как было отмечено выше, многие свойства

твердых тел объясняются той периодич-

ностью, с которой размещены в простран-

стве их структурные элементы (атомы, молекулы, ионы). Отправная точка совре-

менной физики твердого тела – представ- ление о кристаллической решетке и о взаимодействии волн с кристаллической решеткой.

Кристаллическая решетка идеального монокристалла.

В идеальном монокристалле структурные элементы (атомы, молекулы, ионы) расположены строго пери- одично в трехмерном пространстве. Трехмерная периодичность позволяет построить связанную с этим расположением пространственную решетку. Повторяющиеся элементы («точки») этой решетки называются узлами; совокупность узлов образует каркас – пространственную решетку. Положение уз- лов решетки обычно совпадает с положением цент- ров атомов или ионов. Прямые, проходящие через узлы пространственной решетки, называются узло-

выми прямыми, а плоские сетки, образованные уз-

ловыми прямыми – узловыми плоскостями.

Кристаллические решетки

Существует 14 видов различных пространственных конструкций, которые называются решетка- ми Бравэ (Bravais A.).

Эти решетки отличаются друг от

друга видом элементарных яче-

ек.

Трехмерная решетка определяет- ся следующими параметрами:

ребрами a, b, c,

углами: α (между b и c),

β (между a и c), γ (между a и b).

Решетки Бравэ

1-триклинная простая; 2-мо- ноклинная простая; 3 - моно- клинная с центрированным основанием; 4 -ромбическая простая; 5 - ромбическая с центрированным основанием; 6 - ромбическая объемноцен- трированная; 7- ромбическая

гранецентрированная; 8 -тет- рагональная простая; 9 - тет- рагональная объемноцентри- рованная; 10 - ромбоэдричес-

кая; 11 - гексагональная; 12 - кубическая простая; 13 - ку- бическая объемноцентрированная; 14 - кубическая гране- центрированная.

Кристаллические решетки

Решетки Бравэ подразделяются на 7 видов симметрии, которые называются сингониями:

Кубическая: a=b=c, = = =90о,

Ромбическая: a b c, = = =90о, Тригональная: a=b=c, = = 90о,

Тетрагональная: a=b c, = = =90о,

Гексагональная: a=b c, = =90о, =120о, Моноклинная: a b c, = =90о, 90о, Триклинная: a b c, 90о.