Вісник НАН України. 2018. № 2. С.42-52
https://doi.org/10.15407/visn2018.02.042
МОРОЗОВСЬКА Ганна Миколаївна —
доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник відділу фізики магнітних явищ Інституту фізики НАН України
http://orcid.org/0000-0002-8505-458X
ПРО СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ФІЗИКИ ФЕРОЇКІВ В УКРАЇНІ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 13 грудня 2017 року
Доповідь охоплює широке коло питань, що мають важливе значення для вирішення актуальних проблем розвитку фізики фероїків в Україні. Зазначено, що фероїки є унікальними об’єктами для фундаментальних фізичних досліджень складних нелінійних процесів і явищ, які відбуваються в цих речовинах у мікро- і наномасштабі. Завдяки можливості керування фізичними властивостями фероїків за допомогою розмірних ефектів наноструктури на їх основі є одними з найперспективніших для застосувань у наноелектроніці, наноелектромеханіці, оптоелектроніці, нелінійній оптиці та інформаційних технологіях. У НАН України сформувалася наукова школа з фізики фероїків, характерною ознакою якої є глибока інтегрованість у міжнародну наукову спільноту. Українські вчені отримали ряд пріоритетних результатів, які мають фундаментальне значення для розуміння нелінійних фізичних процесів у нанофероїках, а також є важливими для їх новітніх застосувань у наноелектроніці.
Ключові слова: фероїки, мультифероїки, фазові переходи, розмірні ефекти, наноматеріали.
Стисла історія питання
Використання магнітів в історії Стародавнього світу зазвичай розглядають у контексті компаса або релігійних культів. За одними даними, магнетит, або магнітний залізняк, уперше було відкрито в Китаї за 4 тис. років до н. е. Є згадки про використання магнітів у стародавній Індії і Греції.
Перша згадка про піроелектричний ефект (виникнення електрики при зміненні температури), за однією версією, міститься в записках давньогрецького філософа Теофраста, датованих 314 р. до н.е., який помітив, що нагріті кристали турмаліну притягують до себе соломинки і частинки попелу, а за іншою версією, піроелектричний ефект відкрив давньогрецький філософ Фалес ще на початку VI ст. до н.е. Потім, у 1707 р., піроелектричні властивості турмаліну знову відкрив Йоганн Георг Шмідт. Згідно з сучасними уявленнями, всі фероелектрики є піроелектриками, але не навпаки, і це обмеження пов’язане з симетрією фізичної системи.
У трагічному 1937 р. керівник теоретичного відділу Українського фізико-технічного інституту (УФТІ) в Харкові Л.Д. Ландау, перебуваючи у тюрмі НКВД, започаткував теорію фазових перетворень у речовинах з параметром далекого порядку, яку зараз названо його ім'ям. Зокрема, Ландау припустив, що вільна енергія будь-якої системи має задовольняти дві умови: бути аналітичною функцією і відповідати симетрії гамільтоніана. Тоді в околі критичної температури переходу ТС термодинамічний потенціал Гіббса можна розкласти за ступенями параметра порядку. Згідно з сучасними поглядами, теорія Ландау фазових переходів — це загальна теорія, яка ґрунтується на уявленні про зв’язок фазового переходу зі зміною симетрії фізичної системи, її широко застосовують до опису фазових діаграм фероїків і мультифероїків [1, 2].
У 1957 р. учень Л.Д. Ландау І.Є. Дзялошинський разом зі співавторами відкрив магнітоелектричний ефект. У Державному реєстрі відкриттів СРСР він значиться під № 123 у такому формулюванні: «Встановлено невідоме раніше явище намагнічування ряду речовин в антиферомагнітному стані електричним полем і їх електричної поляризації магнітним полем, зумовлене специфічною симетрією розташування магнітних моментів у кристалічній ґратці речовини». Фактично було відкрито основну властивість мультифероїків — існування кількох параметрів порядку та можливість їх взаємодії через зовнішні поля.