Введение к работе
Актуальность темы. Одной из центральных проблем физики твердого тела в настоящее время является исследование кристаллов с неупорядоченной структурой, к числу которых относятся кристаллы, содержащие различные дефекты кристаллической решетки. Это обусловлено тем, что именно дефекты структуры определяют термодинамические, электрические, механические свойства кристаллов, поведение их во внешних полях и другие, важные для практических приложений характеристики.
Теоретически наименее изученной частью данной проблемы является задача исследования условий формирования и перестройки под действием внешних воздействий гетерофазных, полидоменных структур, влияния на них дефектов кристаллического строения, расчет термодинамических свойств и кинетических характеристик полидоменных систем. Решениеэтой задачи позволило бы провести анализ и интерпретацию результатов многочислешплх экспериментальных исследований, предсказать новые эффекты и в значительной мере продвинуться в построении термодинамики и кинетики реальных кристаллов. Кроме того, это наметило бы пути направленного электрического и механического воздействия на структурный фазовый переход с целью получения в материале различных гетерофазных структур, а в конечном итоге - создание конструкционных материалов, обладающих заданными электромеханическими свойствами, прогнозированным поведением в различных внешних условиях. Таким образом, изучение физических свойств полидоменных структур и, в частности, динамики доменных границ, является чрезвычайно важной и актуальной задачей как фундаментальной, так и прикладной физики.
Первые работы, в которых исследовались динамические свойства границ раздела, появились в шестидесятые годы и основывались на "осцилляторной", или "мембранной", модели доменных границ. В виду грубости подобных моделей эти теории имели ограниченную область применимости и были способны лишь качественно описывать отдельные аспекты динамики границ. Другой подход к описанию динамики доменных границ - микроскопический - основан на решении нелинейного динамического уравнения для параметра порядка с соответствующими граничными условиями. Но в силу значительной сложности решения подобных уравнений, этот метод является фактически неработоспособным, поскольку позволяет исследовать лишь простейшие динамические задачи, не имеющие сколько-нибудь значительного практического значения. В то же время был накоплен огромный экспериментальный материал, для интерпретации которого требовалась какая-то существенно новая и оригинальная теория. Ею стала самосогласованная теория доменных и межфазных границ, разработанная А.Т. Косиловым, B.II. Нечаевым, А.М. Перевозниковым и
2 A.M. Рощупкиным в конце 80-х годов. На ее основе были описаны динамические свойства одиночных границ в сегнетоэлектрических и сегнетоэластнческих кристаллах (с хорошим совпадением с экспериментальными данными), влияние на кристалл внешних воздействий и другие эффекты. Однако в этих работах не учитывалось взаимодействие между границами, эффект от которого в кристаллах с сильно развитой доменной структурой порой носит, как показывает эксперимент, основополагающее значение.
Восполнить этот пробел есть цель данной работы: установить механизмы влияния взаимодействия границ раздела на физические свойства сегнетоэластиков, сегнетоэластиков - сегнетоэлектриков.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:
исследовать собственные колебания ансамбля взаимодействующих двойниковых и когерентных межфазпых границ;
исследовать механизмы затухания изгибных колебаний ансамбля доменных границ в сегнетоэластиках, сегнетоэлектриках-сегнетоэластиках;
исследовать распространение ультразвука в полидоменных сегнетс-эластиках;
исследовать движение дислокаций в кристалле с ансамблем взаимодействующих границ раздела;
исследовать изгибные колебания доменных границ в магнитном иоле.
Научная новизна. В работе впервые получены уравнения, описывающие изгибные колебания ансамбля взаимодействующих двойниковых и когерентных межфазных границ в кристалле, проанализирован спектр изгибных колебаний ансамбля границ раздела.
Впервые исследована динамика ансамбля взаимодействующих доменных границ в диссипативных кристаллах. Рассмотрены следующие механизмы: термоупругое и вязкое затухание ансамбля двойниковых границ; затухание, обусловленное тепловым эффектом при фазовом превращении, и вязкое затухание ансамбля межфазных границ; затухание, обусловленное электрокалорическим эффектом, термоупругое и вязкое затухания ансамбля доменных границ сегнетоэлектрических кристаллов.
Впервые исследовано рассеяние звука и динамическое торможение дислокаций вследствие возбуждения затухающих изгибных колебании ансамбля когерент-іплх границ раздела.
Впервые исследовано влияние магнитного поля на изгибные колебания доменных границ.
Основные положения и результаты диссертации, выносимые на защиту:
-
Дисперсионное уравнение изгибных колебаний ансамбля взаимодействующих двойниковых и когерентных межфазных границ в кристаллах.
-
Дисперсионные уравнения изгибных колебаний ансамбля доменных границ в диссипативных кристаллах для различных механизмов затухания колебаний границ: вязкого, термоупругого, обусловленного тепловым эффектом при фазовом превращении, обусловленного электрокалорическим эффектом. Зависимости коэффициентов затухания от волнового вектора, частоты и характеристик кристалла.
-
Зависимости коэффициентов затухания звука и динамического торможения дислокаций в полидоменных кристаллах вследствие возбуждения затухающих колебаний когерентных границ раздела от параметров структуры и характеристик кристалла.
-
Дисперсионное уравнение изгибных колебаний доменных границ в магнитном поле. Спектр изгибных колебаний границ в магнитном поле.
Практическая и научная значимость работы. Данная работа является необходимым этапом в исследовании структур гетерогенных кристаллов. Предложенные в работе теоретические представления и сделанные выводы представляют собой базу для дальнейшего теоретического и экспериментального изучения динздгаческих свойств этих кристаллов, целенаправленного воздействия на их структуру с точки зрения различных технических приложений и получения в иерспекгиве кристаллов с заданными физическими свойствами.
Полученные в работе результаты позволяют интерпретировать данные ряда экспериментов (например, внутреннее трение в полидоменных кристаллах, рассеяние ультразвука в гетерогенных структурах, влияние магнитного поля на динамику границ) и стимулируют дальнейшие экспериментальные исследования в этой области. Анализ экспериментальных данных на основе полученных в работе результатов открывает принципиальную возможность полупения важной информации об особенностях реальной структуры кристаллов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международном семинаре «Релаксационные явления в твердых телах» (Воронеж, 1995); Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (Иваново, 1995); Международной конференции «Действие магнитных полей на пластичность и прочность материалов» (Воронеж, 1996); «7th International Seminar on Ferroelastic Physics» (Казань, 1997); IX Международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах» (Тула, 1997); еже-
4 годных научных конференциях и научных семинарах сотрудников Воронежского государственного технического университета.
Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 5 статей и 7 тезисов докладов указанных выше семинаров и конференций.
Личный вклад автора. Диссертантом самостоятельно получены, обработаны и проанализированы все основные результаты, выносимые на защиту. Автор также участвовал в их обсуждении. Постановка задач и определение направлений исследований выполнены научным руководителем д-ром физ.-мат. наук, проф. В.Н.Нечаевым.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 136 стр. машинописного текста, в т.ч. оглавление и список литературы из 156 наименований, 38 рисунков.
