Н. Белов - Алексей Васильевич Шубников (1887—1970)
Оптическая кристаллография имеет, естественно, многие общие черты с кристаллооптикой, которая является частью физики, и с методикой измерения оптических констант кристаллов. Этот последний предмет, которому посвящено большое количество прекрасных руководств, в нашей книге играет второстепенную роль» [231, с. 3].
Приведенные монографии являются примером глубокого и оригинального проникновения А. В. Шубниковым в оптику анизотропных сред, торжества его кристаллографической концепции в оптике. С завидной простотой Алексей Васильевич демонстрирует это, начиная от рассмотрения модели, а также симметрии светового луча и кончая сложными построениями, иллюстрирующими двупреломления, интерференцию, вращение плоскости поляризации и ряд-других явлений. Обе книги написаны с-<единых позиций и предельно ясно. Последнее замечание особенно важно: Алексей Васильевич ничего не писал такого, о чем он не имел совершенно четкого, «геометрического», представления. Его книги — не просто «перевод» кристаллооптики на «кристаллографический язык». В них много нового — симметрия оптических поверхностей и явлений, построение новых поверхностей (например, гирационных), углубление представления о лучевых и нормальных показателях преломления, трактовка конической рефракции.
К работам по оптике примыкают исследования А. В. Шубникова по растровой оптике. Он экспериментально демонстрировал используемые в указанных выше монографиях модели групповых волн. В Институте кристаллографии в его кабинете всегда можно было видеть затейливые узоры, образуемые комбинацией растров. «Растровые игрушки» легли в основу предсказанных им возможностей повышения разрешающих способностей микроскопов, вплоть до наблюдения отдельных молекул.
Кристаллография электрических свойств анизотропных сред
За редким исключением А. В. Шубников исследовал прозрачные кристаллы диэлектриков. Отсюда и исследования по оптике и электрическим свойствам кристаллов. Он практически не занимался ни магнитными кристаллами, ни кристаллами металлов.
Под руководством А. В. Шубникова И. С. Желудеву довелось работать 15 лет: с 1951 по 1965 г. Большая часть этого времени относится к тому периоду, когда Алексей Васильевич заведовал лабораторией электрических свойств кристаллов.
Выше уже говорилось о начале работы А. В. Шубникова в Академии наук, о работах по кварцу^ Обратный пьезоэффект, как явление, лежащее в основе работы пьезоэлемента, — главный его интерес того времени. Пьезоэлектричество, открытое братьями Кюри, тогда еще только начало находить широкое практическое применение. Как и для П. Кюри, для А. В. Шубникова пьезоэлектричество — входная дверь в физическую кристаллографию, в тензорную кристаллофизику. Так, уже в 1928 г. Алексей Васильевич вместе с Б. К. Бруновским публикует работу [43], в которой изложено качественное обнаружение пьезоэффекта в большом числе .кристаллов (в том числе пьезоэлектрических), помещенных в электрическом поле. Основная ее идея — приготовить из любого диэлектрика пьезоэлектрик, «текстурируя» его с помощью электрического поля.
Идея сходства макроупорядоченных систем (текстур) с кристаллами лежит ъ основе нескольких наиболее удачных работ А. В. Шубникова по физической кристаллографии, по пьезоэлектрическим текстурам. В 1940 г. выходит в свет книга А. В. Шубникова, Е. Е. Флинта и Г. Б. Бокия «Основы кристаллографии» [134]. В этой книге Алексеем Васильевичем написан раздел «'Свойства кристаллов как однородной непрерывной среды», отличающийся глубоким проникновением автора в физическую кристаллографию, тензорную кристаллофизику. Важно., что здесь А. В. Шубников переносит известные положения симметрии кристаллов на симметрию свойств, как симметрию тех или иных поверхностей, описывающих рассматриваемые свойства. Такое обобщение является весьма плодотворным, так как оно дает, в частности, возможность рассмотреть специфику свойств текстурированных сред и в особенности текстур, имеющих симметрию, описываемую группами предельной симметрии .(группами П. Кюри). Анализируя симметрию тензоров ,пьезоэффекта, Алексей Васильевич замечает: «...в ряде случаев пьезоэлектрическая симметрия кристаллов оказывается предельной (группы оо; оо т; оо 2); значит, пьезоэлектрические указательные поверхности могут быть поверхностями вращения. С другой стороны, это означает, что и некристаллические однородные анизотропные среды, например стекло, помещенное в электрическое поле (группа оо т), или закрученное стекло (труппа оо 2), теоретически могут обладать пьезоэлектрическими свойствами» [134, с. 305].
Это по существу и есть предсказание пъезоэффекта в упорядоченных текстурах на основе анализа симметрии их тензоров. Практически в докладе А. В. Шубникова на Отделении физико-математических наук АН СССР «О тензорах пьезоэлектрических модулей некристаллических анизотропных сред» в апреле 1940 г. пьезоэффект в текстурах предсказан «официально». Идея сопоставления симметрия—свойство, успешно использовавшаяся в работах П. Кюри, нашла блестящее продолжение в-, работах А. В. Шубникова по пьезотекстурам. Эти работы привлекли внимание А. В. Шубникова на сравнительно длительное время. Первые успешные опыты по пьезоэффекту в текстурах были проведены перед, самым началом Великой Отечественной войны. В 1946 г. многочисленные результаты работ Алексей Васильевич публикует в монографии «Пьезоэлектрические текстуры» [149j
Анализируя геометрию пьезоэффекта в текстурах, А, В. Шубников приходит к весьма важному заключению о том„ что отсутствие полярных направлений в среде не лишает ее возможности быть пьезоэлектрической. Рассматривая нетривиальность пьезоэффекта в текстурах с симметрией ∞ 2, он пишет: «Если кристаллы или какая- либо иная анизотропная среда имеют центр симметрии, то это означает, что, в данной среде нет полярных направлений. До сих пор молчаливо предполагалось,что для всех анизотропных сред справедливо также и обратное положение, то есть если среда не имеет полярных направлений, то в ней есть центр симметрии. На примере фигур типа оо 2 мы видим, однако, что это обратное положение, оставаясь справедливым для кристаллов, оказывается неверным для фигур и соответственно для текстур с осями симметрии бесконечного порядка; в частности, в скрученном цилиндре отсутствует центр симметрии, и тем не* менее все прямые в этой фигуре неполярны. То обстоятельство, что неполярные пьезоэлектрики не были открыты ранее объясняется, по нашему мнению, именно тем, что отсутствие полярных направлений в среде отождествлялось с наличием центра симметрии и что искусственные пьезоэлектрики отождествлялись, с электретами (полярными пьезоэлектриками, пироэлектриками)» [449, с. 21',].
Теоретическая часть книги [ 149]. содержит рассмотрение многих вопросов проблемы симметрия—свойство, выходящих за рамки пьезоэффекта. В частности, здесь четко анализируется геометрия различных направлений в кристаллах: полярных, особенных полярных, вращательных, крутильных и пр. Позднее И. С. Желудевым этот подход был перенесен на симметрию полярных и аксиальных тензоров второго ранга, а полученные отсюда результаты использованы для «физической интерпретации точечных групп симметрии кристаллов».[* Желудев И. С. Точечные группы симметрии кристаллов и их физическая интерпретация. — Кристаллография, 1957, т. 2, вып. 6, с. 728—733.] Любопытно, однако, что пропагандируя свой подход к симметрии отдельных направлений, Алексей Васильевич с неохотой знакомился со «стрелочной», как он говорил, «интерпретацией кристаллов».
В конце 40-х и начале 50-х годов А. В. Шубников продолжает работы в этом направлении. Вместе с сотрудниками он публикует еще одну монографию по пьезотекстурам [198], которая содержит исследования текстур из сегнетовой соли и титаната бария. Под влиянием работы А. В. Шубникова и с его помощью были начаты и успешно выполнены исследования пьезоэффекта в древесине и горных породах.
В начале 60-х годов учение об антисимметрии А. В. Шубников переносит на текстуры. Тем самым пьезотекстуры вышли на широкую дорогу практики, а в учении о твердом теле заняли целую главу, относящуюся к свойствам анизотропных сред. Линия Кюри—Шубникова по проблеме симметрия—свойство получила дальнейшее развитие в работах по использованию симметрии для описания фазовых переходов в кристаллах. На этом же пути были предсказаны и открыты такие явления, как электрическая поляризация кристаллов при деформации кручения и элекгрогирация (вращение плоскости поляризации света под действием электрического поля).[** Желудев И. С. Симметрия и ее приложения. М.: Атомиздат, 1976. 220 с.]
Без сомнения, пьезоэлектричество — любимое детище А. В. Шубникова. Еще в Ленинграде, изучая пьезоэффект в кварце, Алексей Васильевич обращает внимание на возможность использования пьезоэффекта двойникованных образцов. Позднее он проводит подробный анализ пьезосвойств двойников кварца различных типов [165]. В 50-х годах он участвует в совершенствовании и развитии современных методик измерения пьезоэффекта в кристаллах и живо следит за развитием работ по пьезоэлектричеству. В 1953 и 1954 гг. он организует два всесоюзных совещания по этой проблеме. Проблема электрических свойств кристаллов одной из первых была предложена для исследования на организованной им кафедре в МГУ. По приглашению Алексея Васильевича на протяжении ряда лет И. С. Желудев читал для сотрудников новой кафедры и студентов соответствующий курс, включающий сегнетоэлектричество. На кафедре были начаты научные исследования по сегнетоэлектрикам и пироэлектрикам.
