Некоторые свойства кристаллов, например плотность, характеризуются скалярными величинами. Физические свойства среды, отражающие взаимосвязь между двумя векторными величинами (поляризация среды Р и электрическое поле Е, плотность тока J и электрическое поле Е и т. д.) или псевдовекторными величинами (магнитная индукция В и напряжённость магнитного поля Н и т. д.), описываются полярными тензорами 2-го ранга (например, тензоры диэлектрической восприимчивости, электропроводности, магнитной проницаемости и др.). Некоторые физические поля в кристаллах, например поле механических напряжений, сами являются тензорными полями. Связь между полем напряжений и др. физическими полями (электрическим, магнитным) или свойствами (тензором деформаций, тензорами оптических констант) описывается тензорами высших рангов, характеризующими такие свойства, как пьезоэлектрический эффект (см. Пьезоэлектричество), электрострикция, магнитострикция, упругость, фотоупругость и т. д.
Диэлектрические, магнитные, упругие и др. свойства кристаллов удобно представлять в виде геометрических поверхностей. Описывающий такую изобразительную поверхность радиус-вектор определяет величину той или иной кристаллофизической константы для данного направления. Симметрия любого свойства кристалла не может быть ниже его морфологической симметрии (принцип Неймана). Иными словами, группа симметрии, описывающая любое физическое свойство кристалла, неизбежно включает элементы симметрии его точечной группы. Так, кристаллы и текстуры, обладающие центром симметрии, не могут обладать полярными свойствами, т. е. такими, которые изменяются при изменении направления на обратное (например Пироэлектрики). Наличие в среде элементов симметрии определяет ориентацию главных осей изобразительной поверхности и число компонент тензоров, описывающих то или иное физическое свойство. Так, в кристаллах кубической сингонии все физические свойства, описываемые тензорами 2-го ранга, не зависят от направления. Такие кристаллы изотропны. Изобразительной поверхностью в этом случае является сфера. Те же свойства в кристаллах средних сингоний (тетрагональной, тригональной и гексагональной) имеют симметрию эллипсоида вращения. Тензор 2-го ранга содержит в этом случае две независимые константы. Одна из них описывает исследуемое свойство вдоль главной оси кристалла, а другая — в любом из направлений, перпендикулярных главной оси. Для того чтобы полностью описать исследуемое свойство таких кристаллов в заданном направлении, только эти две величины и необходимо измерить. В кристаллах низших сингоний физические свойства обладают симметрией трёхосного эллипсоида и характеризуются тремя главными значениями тензора 2-го ранга (и ориентацией главных осей этого тензора) (см. Кристаллооптика).
Физические свойства, описываемые тензорами более высокого ранга, характеризуются бóльшим числом параметров. Так, упругие свойства, описываемые тензором 4-го ранга для кубического кристалла, характеризуются тремя, а для изотропного тела двумя независимыми величинами. Для описания упругих свойств триклинного кристалла необходимо определить 21 независимую постоянную. Число независимых компонент тензоров высших рангов (5, 6-го и т. д.) для разных классов симметрии определяется методами теории групп (см. Группа).
К. разрабатывает рациональные методы измерений, необходимых для полного определения физических свойств анизотропных сред. Эти методы применимы как при исследовании кристаллов, так и анизотропных поликристаллических агрегатов (текстур). К. занимается также методами измерений разнообразных свойств анизотропных сред с помощью радиотехнических, резонансных, акустических, оптических, диффракционных и иных методов.
Многие физические явления характерны только для анизотропных сред и изучаются К. Это — двойное лучепреломление и вращение плоскости поляризации света, прямой и обратный пьезоэффекты, электрооптический эффект, генерация световых гармоник (см. Нелинейная оптика) и т. д. Др. явления (электропроводность, упругость и т. д.) наблюдаются и в изотропных средах, но кристаллы имеют особенности, важные для практического применения.
Значительное место в К. занимают вопросы, тесно примыкающие к физике твёрдого тела и кристаллохимии. Это — исследование изменений тех или иных свойств кристалла при изменении его структуры или сил взаимодействия в кристаллической решётке (см. Твёрдые растворы, Изоморфизм). К. изучает изменение симметрии кристаллов в различных термодинамических условиях. При этом используется Кюри принцип, который позволяет предсказать точечные и пространственные группы кристаллов, испытывающих фазовые переходы в ферромагнитное и сегнетоэлектрическое состояние (см. Ферромагнетизм, Сегнетоэлектрики).
Важное место в К. занимает физика реального кристалла, изучающая различного рода дефекты в кристаллах (центры окраски, вакансии, дислокации, дефекты упаковки, границы кристаллических блоков, доменов, зёрен и т. д.) и их влияние на физические свойства кристаллов. Такими свойствами, в первую очередь, являются пластичность, прочность, электросопротивление, люминесценция, механическая добротность и т. д. К задачам К. относится также поиск новых кристаллов, обладающих физическими свойствами, необходимыми для практических применений.
Лит. см. при ст. Кристаллография, Кристаллы, Симметрия кристаллов.
К. С. Александров.
Кристаллофосфоры
Кристаллофосфо'ры (от кристаллы и греч. phōs — свет, phóros — несущий), неорганические кристаллические люминофоры. К. люминесцируют под действием света, потока электронов, проникающей радиации, электрического тока и т. д. Способность К. люминесцировать обусловлена наличием запрещенной зоны в энергетическом спектре кристалла (см. Твёрдое тело), поэтому К. могут быть только полупроводники и диэлектрики. В состав К. входят в малых концентрациях примеси — активаторы. Активаторы и дефекты решётки кристалла (вакансии, междуузельные атомы и т. п.) образуют центры свечения. Механизм свечения К. в основном рекомбинационный (см. Люминесценция). Люминесцировать К. могут как в результате возбуждения непосредственно центров свечения, так и при поглощении энергии возбуждения кристаллической решёткой К. и передаче её (через электроны и дырки, экситоны и др.) центрам свечения. Непосредственная рекомбинация электронов и дырок в К. также сопровождается свечением (излучательная рекомбинация). Длительность послесвечения К. колеблется в широких пределах — от 10-9 сек до нескольких часов. В зависимости от активатора спектр люминесценции К. может меняться от ультрафиолетового до инфракрасного.
Основой К. служат сульфиды, селениды и теллуриды Zn, Cd, оксиды Ca, Mn, щелочно-галоидные и некоторые др. соединения. В качестве активаторов используют ионы металлов (Cu, Со, Mn, Ag, Eu, Tu и т. д.). Синтез К. осуществляется чаще всего прокаливанием твёрдой шихты, однако ряд К. получают из газовой фазы или расплава. Комбинируя активаторы и основы, можно синтезировать К. для преобразования различных видов энергии в видимый свет необходимых цветов с высоким кпд (до десятков %). Созданы, например, К., преобразующие инфракрасное излучение в видимое, а также К., яркость люминесценции которых возрастает или уменьшается (вспышечные и тушащиеся К.) под действием инфракрасного излучения. Благодаря таким широким возможностям, а также большой яркости свечения, химической и радиационной стойкости К. находят значительное применение (особенно К. с шириной запрещенной зоны в несколько эв). Порошкообразные К. используются в люминесцентных лампах, экранах телевизоров и осциллографов, электролюминесцентных панелях и т. д. К. с малым временем послесвечения (например, NaI·Tl) применяются в сцинтиляционных счётчиках для регистрации быстрых элементарных частиц и g-квантов. Некоторые К. могут выступать в качестве активной среды в полупроводниковых лазерах.
Лит.: Фок М. В., Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров. М., 1964; Физика и химия соединений AII, BVI, пер. с англ., М., 1970.
Э. А. Свириденков.
Кристаллохимия
Кристаллохи'мия, изучает пространственное расположение и химическую связь атомов в кристаллах, а также зависимость физических и химических свойств кристаллических веществ от их строения. Будучи разделом химии, К. тесно связана с кристаллографией. Источником экспериментальных данных о кристаллических структурах являются главным образом рентгеноструктурный анализ, структурная электронография и нейтронография, с помощью которых определяют абсолютные величины межатомных расстояний и углы между линиями химических связей (валентные углы). К. располагает обширным материалом о кристаллических структурах нескольких тысяч химических веществ, включая такие сложные объекты, как белки и вирусы.
