Расплавы, 2020, № 4, стр. 424-433

ВВЕДЕНИЕ

Характерной деталью электронно-микроскопических изображений нанотонких пространственных диссипативных структур (ПДС) – кристаллов с упругим ротационным искривление решетки после стадии закалки, являются системы изгибных экстинкционных контуров [1–7]. Появление системы изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении нанотонкой ПДС обусловлено изгибом нанотонкой ПДС как целого, или изгибом ее решетки [1–7]. Системы изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении нанотонких ПДС в целом ряде случаев обладают вполне определенной симметрией. Однако, при достаточно обширном количестве работ, посвященных использованию изгибных контуров для исследования нанотонких ПДС, работы по анализу симметрии картин изгибных экстинкционных контуров, присутствующих на их электронно-микроскопических изображениях, практически отсутствуют.

Симметрию систем изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопических изображениях нанотонких ПДС гексагонального селена рассмотрим в рамках общефизического принципа симметрии Кюри, который формулируется следующим образом: “Когда определенные причины порождают известные следствия, элементы симметрии причин должны содержаться в порожденных следствиях. Когда известные следствия обнаруживают известную диссимметрию, эта последняя должна содержаться и в причинах, породивших эти следствия. Положения, обратные двум предыдущим, неправильны, по крайней мере, на практике, то есть следствия могут быть симметричнее вызывающих их причин” [8, 9].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Исследования нанотонких пространственных диссипативных структур гексагонального селена, формирующихся в аморфных пленках, проводились в просвечивающем электронном микроскопе JEM-200 CX JEOL Ltd, Japan. В процессе исследований обнаружены нанотонкие ромбовидные ПДС, на электронно-микроскопических изображениях которых присутствуют системы изгибных экстинкционных контуров обладающие зеркальной симметрией, относительно плоскости симметрии, проходящей через короткую диагональ ромбовидной нанотонкой ПДС (рис. 1a). Любой изгибной экстинкционный контур является геометрическим местом точек на электронно-микроскопическом изображении нанотонкой ПДС, где соответствующая изгибному контуру плоскость пространственной (прямой) решетки нанотонкой ПДС [1–7] находится в отражающем положении. В связи с этим, симметрия системы изгибных контуров является следствием симметрии плоскостей пространственной решетки нанотонкой ПДС находящихся в отражающем положении.

Рис. 1.

Микрофотография нанотонкой ромбовидной ПДС гексагонального селена с системой изгибных экстинкционных контуров, обладающей зеркальной симметрией (а). Микроэлектронограммы от симметрично равных, относительно плоскости симметрии, частей нанотонкой ПДС: от “левой” части (б) и от “правой” части (в).

Микродифракционные исследования нанотонких ПДС гексагонального селена выполнялись с учетом рекомендаций, приведенных в работе [10]. При микродифракционных исследованиях нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена с системой изгибных экстинкционных контуров, обладающих зеркальной симметрией (рис. 1а), от симметрично равных частей нанотонкой ПДС получены микроэлектронограммы, которые приведены на рис. 1б, 1в. От “левой” части нанотонкой ПДС, получена микроэлектронограмма, представленная на рис. 1б. От “правой” части нанотонкой ПДС получена микроэлектронограмма, представленная на рис. 1в. Результаты расчета микролектронограмм приведены в табл. 1 и 2. Результаты, приведенные в табл. 1, соответствуют микроэлектронограмме от “левой”, относительно плоскости симметрии, части нанотонкой ПДС гексагонального селена. В табл. 2 приведены результаты, соответствующие микроэлектронограмме от “правой” части нанотонкой ПДС.

Расчет микроэлектронограмм позволяет определить их положение в обратной решетке нанотонкой ромбовидной ПДС гексагонального селена (рис. 2). Положение микроэлектронограмм от симметрично равных частей нанотонкой ромбовидной ПДС гексагонального селена в ее в обратной решетке характеризуется зеркальной симметрией (рис. 2). Расчеты, выполненные по стандартным кристаллографическим формулам, позволяют установить, что решетка исследуемых нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена (рис. 1a) испытывает упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений – вокруг [001], совпадающего по направлению с короткой диагональю ромбовидной ПДС и вокруг направления, совпадающего с длинной диагональю ромбовидной ПДС. Ротация решетки вокруг [001] достигает 18°; ротация решетки вокруг направления, совпадающего с длинной диагональю ромбовидной ПДС – 22°. Микродифракционные исследования нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена позволяют выявить не только упругое ротационное искривление их решетки вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений, но и выявить зеркальную симметрию положения микроэлектронограмм от симметрично равных частей нанотонких ромбовидных ПДС в их обратной решетке.

Рис. 2.

Обратная решетка нанотонкой ПДС гексагонального селена и положение микроэлектронограмм от симметрично равных частей нанотонкой ромбовидной ПДС, представленных на рис. 1.

Таким образом, электронно-микроскопические исследования нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена позволяют обнаружить симметричное расположение плоскостей прямой решетки нанотонких ПДС с зеркальной симметрией системы изгибных контуров; микродифракционные исследования позволяют установить, что зеркальной симметрии положения плоскостей в прямой решетке нанотонких ПДС гексагонального селена, испытывающей упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений, соответствует зеркальная симметрия микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ПДС. Зеркальная симметрия микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ПДС гексагонального селена (рис. 2) и зеркальная симметрия систем изгибных контуров на их электронно-микроскопическом изображении (рис. 1а) являются следствием симметрии прямой решетки нанотонких ромбовидных ПДС, испытывающей упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений.

Электронно-микроскопические исследования нанотонких пространственных диссипативных структур гексагонального селена, формирующихся в аморфных пленках селена, позволили обнаружить, наряду с нанотонкими ПДС на электронно-микроскопическом изображении которых присутствуют системы изгибных экстинкционных контуров обладающие зеркальной симметрией (рис. 1а), нанотонкие ромбовидные ПДС (рис. 3а), на электронно-микроскопических изображениях которых, присутствуют системы изгибных экстинкционных контуров, обладающие инверсионной симметрией, относительно центра симметрии, расположенного в точке пересечения диагоналей нанотонкой ромбовидной ПДС. Как и для нанотонких ПДС с зеркальной симметрией системы изгибных экстинкционных контуров, так и для нанотонких ПДС с инверсионной симметрией системы изгибных экстинкционных контуров, симметрия систем изгибных контуров является следствием симметрии плоскостей пространственной решетки нанотонких ПДС, находящихся в отражающем положении.

Рис. 3.

Микрофотография нанотонкой ромбовидной ПДС гексагонального селена с системой изгибных экстинкционных контуров, обладающей инверсионной симметрией (а). Микроэлектронограммы от симметрично равных, относительно центра симметрии, частей нанотонкой ПДС: от “левой” части (б) и от “правой” части (в).

При микродифракционных исследованиях нанотонких ПДС гексагонального селена, на электронно-микроскопических изображениях которых присутствуют системы изгибных экстинкционных контуров, обладающие инверсионной симметрией (рис. 3а), от симметрично равных частей нанотонкой ПДС получены микроэлектронограммы, представленные на (рис. 3б, 3в). От “левой” части нанотонкой ПДС получена микроэлектронограмма, представленная на рис. 3б. Расчеты микроэлектронограммы, представленной на рис. 3б показывают, что данная микроэлектронограмма идентична микроэлектронограмме от “левой” части нанотонкой ромбовидной ПДС, характеризующейся зеркальной симметрией системы изгибных контуров. От “правой” части нанотонкой ПДС получена микроэлектронограмма, представленная на рис. 3в. Идентичность микроэлектронограмм представленных на рис. 1б и 3б иллюстрируется значениями межплоскостных расстояний, приведенных в табл. 1 и 3. Табл. 1 соответствует микроэлектронограмме от “левой” части, относительно плоскости симметрии, нанотонкой ПДС гексагонального селена с зеркальной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 1а). Табл. 3 соответствует микроэлектронограмме от “левой” части относительно центра симметрии, нанотонкой ромбовидной ПДС с инверсионной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 3а); табл. 4 соответствует микроэлектронограмме от “правой” части относительно центра симметрии, нанотонкой ромбовидной ПДС с инверсионной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 3а).

Результаты расчета микроэлектронограмм, полученных от нанотонкой ПДС гексагонального селена с инверсионной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 3а), позволяют определить их положение в обратной решетке (рис. 4). Положение микроэлектронограмм от симметрично равных частей ромбовидной нанотонкой ПДС гексагонального селена с инверсионной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 3а) в ее обратной решетке характеризуется инверсионной симметрией (рис. 4). Расчеты, выполненные с применением стандартных кристаллографических формул, позволяют установить, что решетка исследуемых нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена с инверсионной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 3а) испытывает упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений – вокруг [001] совпадающим по направлению с короткой диагональю нанотонкой ромбовидной ПДС и вокруг направления, совпадающего с длинной диагональю ромбовидной ПДС; углы ротации решетки нанотонких ПДС достигают, соответственно 18° и 22°. Проведенные микродифракционные исследования нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена (рис. 3) с инверсионной симметрией изгибных экстинкционных контуров на электронно-микроскопическом изображении (рис. 3а) позволяют, с одной стороны, выявить упругое ротационное искривление их решетки вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений, и, с другой стороны, выявить инверсионную симметрию положения микроэлектронограмм от симметрично равных частей нанотонких ромбовидных ПДС в их обратной решетке.

Рис. 4.

Обратная решетка нанотонкой ПДС гексагонального селена и положение микроэлектронограмм от симметрично равных частей нанотонкой ромбовидной ПДС, представленных на рис. 3.

Инверсионная симметрия микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ПДС гексагонального селена (рис. 3б, 3в и 4) и инверсионная симметрия систем изгибных контуров на их электронно-микроскопическом изображении (рис. 3a) − следствие инверсионной симметрии прямой решетки ромбовидных нанотонких ПДС.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Электронно-микроскопические исследования нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена позволяют обнаружить зеркальную и инверсионную симметрии расположения плоскостей прямой решетки нанотонких ПДС путем анализа зеркальной и инверсионной симметрии систем изгибных контуров, присутствующих на их электронно-микроскопических изображениях и, тем самым, выявить зеркальную и инверсионную симметрии прямой решетки нанотонких ПДС, формирующихся в аморфных пленках селена. В результате микродифракционных исследований установлено, что зеркальной и инверсионной симметрии плоскостей прямой решетки нанотонких ПДС гексагонального селена, испытывающей упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений, соответствует зеркальная и инверсионная симметрия микроэлектронограмм в обратных решетках нанотонких ромбовидных ПДС.

Принимая во внимание формулировку общефизического принципа симметрии Кюри приведенную выше и результаты анализа симметрии систем изгибных экстинкционных контуров, присутствующих на электронно-микроскопических изображениях нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена и симметрии микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ромбовидных ПДС, можно сделать вывод: симметрия прямой решетки нанотонких ромбовидных ПДС, симметрия изгибных экстинкционных контуров, присутствующих на электронно-микроскопических изображениях нанотонких ПДС и симметрия микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена, полученных от симметрично равных частей нанотонких ПДС находятся в полном согласии с общефизическим принципом Кюри [8, 9]. Вместе с тем, результаты, полученные в процессе исследования нанотонких ромбовидных ПДС с зеркальной и инверсионной симметрией, вполне соответствуют выводам работы [11].

Изоморфизм прямого и обратного пространств [12] нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена, решетка которых испытывает упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений, объясняет соответствие зеркальной и инверсионной симметрии кристаллографических плоскостей в прямой решетке нанотонких ромбовидных ПДС и зеркальной и инверсионной симметрии микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ПДС гексагонального селена.

Изоморфизм прямого и обратного пространств нанотонких ПДС, соответственно, изоморфизм прямой и обратной решетки нанотонких ПДС с зеркальной и инверсионной симметрией, является основой способа диагностики нанотонких ПДС − нанотонких кристаллов с упругим ротационным искривлением решетки после стадии закалки нанотонких ПДС [5, 7].

ВЫВОДЫ

Выполненные электронно-микроскопические и микродифракционные исследования нанотонких пространственных диссипативных структур, формирующихся в аморфных пленках селена, имеютщих аналоги [13, 14] и, в тоже время, специфических, позволяют сделать следующие выводы:

1. Обнаружены зеркальная и инверсионная симметрии прямой решетки нанотонких ромбовидных ПДС, испытывающей упругое ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений.

2. Установлено, что симметрия прямой решетки нанотонких ромбовидных ПДС, симметрия изгибных экстинкционных контуров, присутствующих на электронно-микроскопических изображениях нанотонких ПДС и симметрия микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ромбовидных ПДС гексагонального селена, полученных от симметрично равных частей нанотонких ПДС находятся в полном согласии с общефизическим принципом Кюри.

3. Изоморфизм прямого и обратного пространств позволяет во первых, объяснить совпадение симметрии прямой решетки и симметрии микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ромбовидных ПДС с зеркальной и инверсионной симметрией и, во вторых, изоморфизм прямого и обратного пространств является основой способа диагностики нанотонких ПДС − нанотонких кристаллов с упругим ротационным искривлением решетки после стадии закалки нанотонких ПДС.

4. Анализ симметрии систем изгибных экстинкционных контуров, присутствующих на электронно-микроскопических изображениях нанотонкоих ПДС, симметрии отражающих плоскостей прямой решетки нанотонких ПДС и симметрии микроэлектронограмм в обратной решетке нанотонких ПДС, должен быть на первом или, по крайней мере, на одном из первых мест, в процессе электронно-микроскопических и микродифракционных исследований нанотонких пространственных диссипативных структур формирующихся в аморфных пленках.