Сегнетоэлектрики-релаксоры: новейшая история и современность

Четыре дня в конце июня Дубна находилась на самом переднем крае, а может быть, еще немного впереди в одной из самых современных областей физики твердого тела (ФТТ). Второй международный семинар по сегнетоэлектрикам и релаксорам собрал ведущих специалистов мира в этой бурно развивающейся области физики.

Такой интерес и исследовательская активность вызваны несколькими причинами. Первая - общая эволюция физики твердого тела в 20-м веке. До середины нашего столетия материалы исследовались как идеальные, их реальная структура игнорировалась. Но оказалось, что многие материалы с дефектами и примесями обладают более интересными свойствами, чем "чистые". Третья четверть века как раз была посвящена реальным кристаллам. А в последней - вперед выдвинулись неполностью упорядоченные системы. Впервые такие соединения были синтезированы профессором Г. А. Смоленским и его сотрудниками (Ленинградский физико-технический институт АН) в конце 50-х годов. Поскольку их температурные аномалии занимали необычно широкий интервал температур, их назвали сегнетоэлектриками с размытыми фазовыми переходами, а позднее кратким термином - релаксорами. Несмотря на многие попытки, ни одна теория не объясняла их свойства полностью. Релаксоры стали модельным объектом всех неполностью упорядоченных систем. Повышенный интерес к релаксорам объясняется также их расширяющимся применением в радиоэлектронике, акустооптике и других важных разделах современной техники.

Все началось с курьеза

Профессор Л. А. Шувалов (Институт кристаллографии, Москва): Сегнетоэлектрики - очень важный и один из наиболее активно развивающихся разделов не только физики твердого тела, но и физики конденсированных сред. Эти кристаллы обладают спонтанной поляризацией, которая может быть обращена под действием внешнего поля. Таким образом, это полный формальный аналог ферромагнетиков. Долгое время их особые свойства рассматривали как курьез. В конце второй мировой войны были открыты новые сегнетоэлектрики (титанат бария и другие) в керамической форме, позволявшей изготавливать объекты любых форм и размеров. И сразу же начался бурный рост их применения в электронной и специальной электронной промышленности. С появлением лазеров наступает новый век для сегнетоэлектриков. Они получили уникальное применение для управления лазерами и наложения информации на лазерный луч.

Сегодня сегнетоэлектрики продолжают изучаться как в фундаментальной науке, так и находят все новые применения: например, в США идут крупномасштабные эксперименты с сегнетоэлектриками-полимерами по использованию их для преобразования энергии океанских волн в электрическую. Если в области фундаментальных исследований мы до сих пор впереди, то в применении, к сожалению, - впереди США, Япония и другие страны. Отставание технологии от науки - наше несчастье.

Почему мы собрались именно в Дубне? Здесь находится один из крупнейших в мире нейтронных центров исследований физики конденсированных сред. Ваши физики делают прекрасные работы по органическим и биологическим материалам, квазистеклам, жидким кристаллам, а также сегнетоэлектрикам-релаксорам и другим классам материалов. Дубна сохранила высокий уровень не только науки, но и обслуживания науки - просто прекрасная организация конференций. Вторая конференция фактически проводится по инициативе участников первой: первая конференция прошла очень успешно и эффективно, хотя не столько дала ответы, сколько поставила новые вопросы. А что касается места проведения - мы решили, что другого, с лучшей организацией нам в России просто не найти. Немалую роль играет и хорошее понимание важности непосредственного общения ученых со стороны директора ЛНФ В. Л. Аксенова.

Скачок из тупика

Доктор С. Б. Вахрушев (Физико-технический институт, Санкт-Петербург): Впервые сегнетоэлектрики с размытым фазовым переходом (релаксоры) были открыты в нашем институте более 40 лет назад. Открытие вызвало в первый момент недоверие, затем появилось множество работ, исследующих их макроскопические свойства. А потом - какой-то тупик. Качественный скачок в исследованиях произошел в результате нескольких причин. Во-первых, большой прорыв в области разупорядоченных магнетиков создал если не теоретическую, то хотя бы интерпретационную базу для понимания немагнитных объектов. Как это ни странно на первый взгляд, после того, как стала ясна природа магнетизма, оказалось, что интерпретировать магнитные явления проще, чем структурные фазовые превращения. Во-вторых, этому способствовало развитие экспериментальной техники, широкое использование микроскопических методов исследований. В частности, для сегнетоэлектриков нельзя переоценить важность рассеяния и дифракции нейтронов, очень большую роль играют недавно появившийся метод рассеяния синхротронного излучения, существенные достижения в оптических и рентгеновских методиках. Исследования высокотемпературных сверхпроводников также инициировали дополнительный интерес и к сегнетоэлектрикам вследствие их одинаковой структурной основы.

Для того, чтобы исследовательская активность была эффективной, требуется общение. Я несколько раз приезжал в Дубну как участник конференций и уже дважды как один из организаторов, и хочу отметить потрясающую, идеально слаженную работу секретарского корпуса. На вопрос: "Это можно?" - стандартный в России ответ: "Нет". Здесь же всегда отвечают нестандартно: "Да".

В ЛНФ в последнее время - это мое личное мнение - наблюдается резкий рост активности в области физики конденсированных сред, расширяется взаимодействие с другими институтами. Причем, для Дубны это полноценное взаимодействие, она не выступает в роли фабрики.

В Словении поддерживают фундаментальную науку

Профессор Р. Блинц (Институт им. Йозефа Стефана, Словения): Здесь были сообщены многие интересные результаты, в том числе, и полученные российскими учеными, традиционно сильными в фундаментальных исследованиях. Сегодня синтезированы новые релаксоры, у которых электроакустические свойства на порядок, а может быть, даже на 2-3 порядка лучше, чем у известных материалов. Применение таких материалов чрезвычайно важно на воде и под водой. Ясно, что их производству обеспечен коммерческий успех. НАТО поддерживает и финансирует проекты исследований сегнетоэлектриков-релаксоров, демонстрируя повышенный интерес к этой области. Словения как независимое государство теперь может участвовать в таких проектах, и недавно мы получили от НАТО полмиллиона долларов на исследования. При этом в Словении те области фундаментальных исследований, в которых мы идем впереди, поддерживаются государством. Ведь для того, чтобы развивать прикладные работы и грамотно использовать зарубежный опыт, необходимо иметь соответствующий уровень фундаментальных исследований.

Вместо послесловия

Профессор Р. Фари (Университет Пикардии, Франция): Очень важно, что в этой конференции участвуют основные специалисты, работающие в этой области. Одна из особенностей этой встречи - она собрала не только сообщество людей, непосредственно занимающихся релаксорами, но более широкое, что позволяет увидеть, что вообще происходит в области сегнетоэлектриков. Это может создать дополнительный эффект, потому что идеи рождаются не только в докладах, но и в формальных и неформальных дискуссиях.

Ольга ТАРАНТИНА