И вот первая радость. С электродами из насыщенного раствора удалось получить вполне однозначные результаты. Оказалось, что абсолютное значение диэлектрической постоянной при комнатной температуре в полях с напряженностью 200 вольт на 1 сантиметр достигает 9300 единиц. Величина получилась даже значительно большая, чем у прежних исследователей (вспомним 1300 у Валашека). Но Курчатов и Кобеко по первым данным не хотели выносить окончательных суждений. Это видно из комментариев к результатам измерений в их первой работе. Авторы подчеркивают, что измерения продолжаются, полученные данные проверяются.
Продолжая исследования уже после сдачи статьи в набор, Курчатов и Кобеко окончательно убедились, что природа необычайно высокой диэлектрической постоянной сегнетовои соли не имеет ничего общего с высоковольтной поляризацией, так как установили, что ее просто не наблюдается в исследуемых кристаллах. В корректуре они сделали добавление: «У заряженного кристалла сегнетовои соли заряд распределен по всей толще диэлектрика в противоположность тому, что обнаруживалось раньше в других веществах».
Это уже была половина победы.
Опыты продолжались с большим подъемом и длились... четыре года. «В результате четырехлетней работы, – напишет впоследствии И. В. Курчатов, – удалось выработать методику измерений, свободную от тех недостатков, которые могут быть указаны у предыдущих исследователей вопроса, установить однозначность результатов, показать, что явления поляризации сегнетовои соли не искажаются процессами образования объемных зарядов у электродов»2.
...Кстати, об электродах. Уже после того как насыщенные растворы сегнетовои соли дали хорошие результаты, авторы пошли дальше. Они установили, что мешать может не только воздушный зазор между электродом и испытываемым образцом, но и то, что этот образец в ходе опыта теряет из своего состава воду. Этим и объяснялись отмеченные Валашеком старение сегнетовои соли и влияние внешней среды на электрические свойства кристаллов. Пришлось отказаться от электродов из насыщенного раствора сегнетовои соли и взять раствор графита. Вода в нем не терялась, и он не вносил заметных искажений в эксперимент.
Игорь Васильевич впоследствии говорил: «Вопрос о правильной монтировке электродов и учете возможных искажений измерений с этой стороны представляет основной вопрос при изучении сегнетоэлектриков».
Итак, сегнетоэлектрики
Понятие «сегнетоэлектрики» Курчатов первым ввел в физику. Так он назвал класс диэлектриков, обладающих такими же свойствами, что и сегнетовая соль. Что же это за свойства и чем они вызываются? Не высоковольтной поляризацией, отвечал Курчатов, а самопроизвольной. Обычно поляризация в диэлектрике возникает под воздействием электрического поля. Отрицательно заряженные частицы атомов диэлектрика (электроны), стремясь притянуться к положительному электроду, смещаются в одну сторону, положительно заряженные частицы (ядра) – в другую, образуются диполи, которые, располагаясь параллельными рядами, и создают поле самого диэлектрика.
В сегнетовой соли заряды разделены и ориентированы без воздействия внешнего поля. (Потому такая поляризация и называется самопроизвольной.) Общий же заряд кристаллов при отсутствии поля равен нулю, потому что кристаллы сегнетоэлектриков, словно фанера из ряда слоев, состоят из областей . с противоположными направлениями поляризации. Уже в слабом электрическом поле происходит переориентировка диполей и образуется мощный электрический момент всего кристалла. Подобным же образом ведет себя железо в магнитном поле. Вне поля оно не проявляет магнитных свойств именно потому, что миниатюрные магнитики, из которых состоит монолит железа, ориентированы по-разному и взаимно гасят друг друга; при попадании же в магнитное поле железо становится мощным магнитом.
Особенно ярко и полно аналогия с железом и другими ферромагнетиками проявилась при исследовании не кристаллов, а изоморфных смесей сегнетовой соли, которые Игорь Васильевич выполнял совместно с М. А. Еремеевым и Борисом Васильевичем. В одном из опытов проверялась поляризуемость смеси при разных температурах. Начинали с нормальной комнатной температуры. После подачи напряжения на электроды поляризация в смеси происходила быстро. А вот когда резко снизили температуру, картина изменилась. Приборы показывали, что по явному диэлектрику в течение нескольких часов идет ток!..
Было позднее время. Озадаченные происшедшим, Игорь Васильевич, Борис Васильевич и их товарищи молча расходились по домам. Жили братья уже в разных местах. Игорь Васильевич получил квартиру в Лесном. Борис Васильевич остался с родителями на Кировском проспекте.
Несколько дней длились поиски, раздумья. Борис Васильевич захворал и был дома, когда мокрый от весеннего дождя в квартиру ввалился Игорь Васильевич.
– Нашли?
– Да, – проговорил он, – это действительно ток, но не проводимости, а смещения диполей...
Присутствовавшие при этом родители – худощавый седоусый Василий Алексеевич и по-прежнему прямая и строгая Мария Васильевна, не понимая сути разговора, чувствовали его радостный смысл и оба улыбались.
В тот весенний вечер Игорь Васильевич был особенно весел, шутил, рассказывал родителям, сколько пришлось пережить огорчений прежде, чем сегнетоэлектрики открыли свои тайны.
Братья решили подробнее изучить для сегнетоэлектриков такие значения температуры, которые у ферромагнетиков именуются точкой Кюри. В этой точке магнитные свойства у ферромагнетика пропадают.
...Опять собраны сложные для того времени схемы, опять бессонные ночи, сотни измерений. Опыты подтверждают подмеченную Курчатовым аналогию электрических свойств сегнетоэлектриков с магнитными свойствами ферромагнетиков.
У сегнетовых кристаллов были определены две точки Кюри, верхняя и нижняя, в которых их особые электрические свойства пропадают. Верхней точке соответствовала температура +22,5° С, нижней – -15° С. Почему пропадают их свойства? Курчатов объяснил: в верхней точке это происходит из-за роста интенсивности теплового движения. Оно разрушает упорядоченные ряды диполей.
Труднее было объяснять процессы в нижней точке Кюри. Курчатов высказал предположение, что при низкой температуре ослабевает связь между диполями, и у них теряется стройность рядов.
На очередном заседании физического семинара Игорь Васильевич, докладывая об исследованиях сегнетоэлектриков в точках Кюри, высказал это предположение.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
