Мудрость эксперимента - Борис Иванович Смагин

Однако авторы туманного снимка великолепно понимали, что именно там запечатлено. Более того, они сделали количественные выводы, провели точные расчеты, исходя из той самой фотопленки, которую я просто посчитал бы засвеченной.

Точно так же обстоит дело и с всплесками на экране осциллографа. Калининские физики научились разбирать «письмена природы», как давно знакомые, привычные тексты, и разработали своего рода словарь для непосвященных в тайны сегнетоэлектричества.

Эффект Баркхаузена оказался удивительно универсальным. Практически все, что происходит в сегнетоэлектрике, все особенности его структуры и внутренней жизни, любые реакции на внешнее вмешательство можно определить — и притом количественно, — регистрируя и анализируя скачки, проявляющиеся на экране. И движение доменных стенок, и смыкание доменных границ, и образование зародышей, и всю геометрию доменной структуры. В многочисленных лабораториях НИИ и на различных производствах появились после работ калининских физиков подобные измерительные установки. Ведь сегнетики теперь распространились очень широко. И везде изучают, регистрируют скачки Баркгаузена. Пожалуй, в богатом наборе современной науки вряд ли найдется еще один такой всеобъемлющий метод. К тому же он чрезвычайно прост по оборудованию.

Внешний вид установок лаборатории довольно однообразен. Осциллограф, на экране которого проявляют себя скачки, пересчетная схема, где их подсчитывают, усилитель «шума» доменов, записывающее устройство.

Ну и, конечно, кое-какие дополнения.

Нужно освещать сегнетик, дабы изучать его реакцию на свет, — в лаборатории стоит обычный добротный монохроматор, стандартный лабораторный прибор.

Почти все вещества настороженно относятся к ультразвуку — атмосферу комнаты отравляет запахом прогорклого трансформаторного масла мощный генератор ультразвука.

— Домены сегнетика «ползут» в веществе под действием внешних сил. Вопрос в том, как они будут перемещаться — вдоль поля или поперек? Если они двигаются «с загибом», то тотчас же отзовутся скачками Баркгаузена. И сегнетик подвергают механическим нагрузкам.

Лаборатории калининцев настраивают на патриархальный лад. Вспоминаются «добрые старые времена», когда сидели возле установок, собранных своими руками, следили за показаниями самодельных приборов почтенные ученые мужи в сюртуках с длинными фалдами. И будущее науки целиком зависело от их экспериментаторского мастерства.

Здесь оборудование стандартное, так сказать, серийное. Но стандартны лишь основные узлы установок. Они сами — предмет кропотливой исследовательской работы, образец эксперимента, основанного на точно разработанной методике и великолепно исполненного.

Такова практика настоящего современного эксперимента — собрать в основном из стандартных узлов уникальную установку, предназначенную лишь для данного опыта.

Это сейчас мне хорошо смотреть на экран осциллографа, лицезреть сравнительно большие пики скачков Баркгаузена. А сколько месяцев возились физики, чтобы очистить сигнал, — помехи во много раз превышали эффект, и либо его вообще нельзя было регистрировать, либо, что еще хуже, за него принимали всевозможные шумы установки и посторонние наводки.

Как просто то, что уже сделал другой!

Прежде всего скачки Баркгаузена предстали в лаборатории кафедры теоретической физики Калининского университета в своей прикладной ипостаси. С их помощью физики изучают кристаллы сегнетоэлектриков.

Калининцы разработали весьма совершенные методики, передали их в производство, но при этом, разумеется, никогда не забывали и о чисто научных задачах, изучая «общеизвестное» явление со всех сторон. Можно сказать вполне определенно, что ни в одной лаборатории мира не отдано столько сил и времени скачкам Баркгаузена в применении к сегнетоэлектрикам.

И появилось у физиков новое понятие — диэлектрическая вязкость, место рождения которого определяется однозначно — город Калинин, кафедра теоретической физики университета, в ту пору, когда он именовался еще педагогическим институтом.

В отличие от упомянутой мной фотопленки, проявление вязкости зрительно доступно любому человеку, равно как и понятна ее сущность, так как вязкость — общеизвестное сопротивление движению со стороны газообразной или жидкой среды.

Такова и диэлектрическая вязкость, хотя ее интерпретация не столь простой орешек. Зато наглядность самого процесса впечатляюще убедительна...

Я снова сажусь за установку. Снова передо мною светится экран осциллографа. Все как прежде, но с одним существенным различием. На экране фигурируют не привычные по другим наблюдениям пики скачков Баркгаузена, а нечто другое. Электронный луч вырисовывает классическую картинку учебника физики — петлю гистерезиса. Странно видеть этот намозоливший глаза график в живом пульсирующем виде.

Петля — типичная характеристика и ферромагнетика, и сегнетоэлектрика — показывает, как домены реагируют на внешние поля. Выстраиваются они по направлению поля постепенно, пока все не займут свои места. Тогда наступает насыщение. И дальнейшее увеличение внешнего поля уже ничего не может добавить.

Когда поле начинают уменьшать, домены постепенно разбредаются, вновь начинают хаотичное движение. Некоторые остаются верными снятому уже полю. Они и создают остаточное намагничивание у ферромагнетиков и остаточную поляризацию сегнетоэлектрических кристаллов. Чтобы ее убрать, надо приложить поле в обратном направлении. Тогда кривая повторяется в своеобразном зеркальном отображении, поскольку приложенное поле противоположно предыдущему. Опять домены выстраиваются по ранжиру, опять некоторые упрямо остаются на своих местах, хотя и прозвучал сигнал к прежнему беспорядку, и опять их надо убирать дополнительным полем. Так появляется петля гистерезиса — свидетель этих событий. Разумеется, сначала петля послужила калининским физикам одним из способов изучить сегнетики. Характер поляризации всегда говорит о некоторых особенностях доменной структуры, а внешний вид ожившего графика переполяризации легко соотнести с основными характеристиками сегнетика.

Но при тщательном изучении процессов, следствием которых является петля гистерезиса, проявилось то новое, что именуется теперь диэлектрической вязкостью...

Петля загорается на экране осциллографа, показывая, что кристалл ТГС окружен переменным электрическим полем. Поле переменное, значит, периодически происходит переполяризация сегнетика. Отсюда и петля. Затем я берусь за верньер и плавно увеличиваю частоту колебаний поля. Домены начинают лихорадочно метаться и явно не успевают попасть на свои места, Я отчетливо вижу, как «худеет» петля гистерезиса, будто попала она в тиски и что-то давит на нее с двух сторон.

Несколько лет назад в лаборатории Рудяка начали по аналогии с магнетизмом искать диэлектрическую вязкость. Прежде всего физики обнаружили, что скачки Баркгаузена продолжаются даже тогда, когда внешнее поле остановилось и все должно стать сугубо статичным. Домены обязаны успокоиться, но сегнетик еще продолжает нервничать, он сигнализирует о ненормальности ситуации поворотами доменных стенок.

Те явные изменения, что претерпевают в таких случаях петли гистерезиса, — тоже сведения о неблагополучии в мире доменов.

Но почему же эти сигналы появляются так поздно, когда все уже, собственно, произошло?

Долгие годы освоения физических явлений приучили ученых к тому, что различного рода процессы протекают чрезвычайно