Введение к работе
В реферируемой диссертации приводятся результаты исследований
автора, выполненные в 1971-1996 годах на физическом факультете МГУ им.
М. В. Ломоносова. Диссертация содержит решение комплекса задач,
связанных с исследованием влияния внешних воздействий (давления, электрического и магнитного полей, низких темиератур) на акустические свойства твердых тел (диэлектрические и пьезоэлектрические кристаллы, металлы).
В работе проведен теоретический анализ анизотропии электроакустического взаимодействия в диэлектрических и пьезоэлектрических кристаллах и разработаны методы для его экспериментального исследования. Это позволило получить численные величины параметров, характеризующих нелинейные упругие и электромеханические свойства некоторых искусственно :интезированных диэлектрических и пьезоэлектрических кристаллов. іашедших широкое применение в различных областях пауки и техники: ІЄЛИНЄІІНОІІ акустике я оптике, акустоэдектроннке. приборостроении и т.д. 13 гиссертации выполнены экспериментальные исследования особенностей (лсктрон-фоіюнного взаимодействия (ЭФЮ* п ряде металлов н соединении в 'словиях комбинированного воздействия сильных магнитных полей, 'дносшроппих деформаций и низких температур. В этих экспериментах были первые исследованы эффекты, ранее теоретически предсказанные другими вторами.
Актуальность исследований работы определяется следующими бстоятельствами. Начало работы было связано с бурным развитием кустоэлектроники к твердотельной радиоэлектроники. Их развитие огребовало расширения арсенала используемых материалов и методов их сследования. Такими материалами стали пьезоэлектрические кристаллы ПК) и центросимметричные кристаллы (ЦСК) с большими значениями
Список сокращений приведен на 30 странице автореферата.
электрострикции. Особенностью этих кристаллов является то, что наряду с упругой нелинейностью они обладают нелинейностью пьезоэффекта і нелинейностью связанную с электрострикцией. Изучение этих видої нелинейности дает не только необходимые сведения для создания новыэ устройств акустоэлектроники и твердотельной радиоэлектроники, но сообщает информацию интересную для нелинейной акустики и физики твердого тела Существенным на наш взгляд для акустоэлектроники, нелинейной акустики і физики твердого тела является исследование новых материалов при такш внешних воздействиях, которые приводят не только к количественным, но и t существенным качественным изменениям физических свойств исследуемогс объекта. В этом плане интересным материалом для исследований являются полупроводники и металлы. Наличие в них свободных носителей зарядг приводит к появлению ряда особенностей в их физических свойствах Большинство электронных свойств металлов (в том числе и ЭФВ) определяется формой поверхности Ферми (ПФ) и особенностями ПЛО'ПЮСТЇ электронных состояний вблизи нее. Приложение к металлу таких внешних воздействий как давление, магнитное поле, а также изменение температурь: может вызвать изменение топологии ПФ и плотности состояний вблизи нее, что приводит к значительному изменению физических свойств металла. Е последнее время интенсивно исследовался ряд физических явлений, связанных с изменением энергетического спектра носителей заряда: а) фазовый переход полупроводник - металл (ФППМ); б)электронно-топологическин переход (ЭТП), заключающийся в изменении топологии ПФ электронов при внешних воздействиях, превышающих некоторое критическое значение; в) переход в кондо-состояние ряда соединений редкоземельных и тяжелых металлов при низких (порядка 1-10К) температурах, связанный с формированием вблизи уровня Ферми гигантского пика плотности электронных состояний (резонанс Абрикосова-Сула) и сопровождающийся появлением особых фермиевских квазичастиц - тяжелых фермионов; г)
переход в сверхпроводящее состояние материалов, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП).
Исследованию этих физических явлений в ряде новых материалов посвящено большое количество работ. Однако особенности линейных акустических свойства таких материалов при этих явлениях изучены нслостаточно, а их нелинейные акустические сіюиства практически не исследовались.
Цель работы: Изучить влияние внешних воздействий (давления, электрических и магнитных полей, низких температур) на линейные и нелинейные акустические свойства твердых тел.
Задачи исследования:
Экспериментально и теоретически исследовать анизотропию нелинейных акустических свойств ПК и ЦСК и особенности взаимодействия объемных акустических волн (ОАВ) в них.
Разработать методы и создать комплекс исследовательской аппаратуры (в '(ом числе автоматизированной с помощью персонального компьютера) для изучения влияния внешних воздействий (давления, электрического и магнитного полей, изменения температуры) па линейные и нелинейные акустические свойства твердых тел.
Экспериментально исследовать влияние на линейные и нелинейные акустические свойства особенностей электрон-фононного взаимодействия is некоторых металлах и соединениях при переходах: ФППМ, ЭТП, в кондо-состояпие, в сверхпроводящее состояние в ВТСП-материалах.
Научная новизна и практическая ценность работы. 1. Создан комплекс исследовательской аппаратуры (в том числе автоматизированной с помощью персонального компьютера) и разработаны экспериментальные методы для изучения влияния внешних воздействий на линейные и нелинейные акустические свойства твердых тел в диапазоне частот t-4'JO МГц и интервале температур 4.2-400 К в электрических полях но 20 кВ/см, в магнитных полях до 50 кЭ и давлениях до 108 Н / м .
2.Впервые получены аналитические выражения, описывающие анизотропию
электроакустического эффекта в пьезоэлектрических и иеитросимметричпых
кристаллах.
3.Экспериментально исследованы электроакустический эффект в ПК ниобатг
лития и в ЦСК тнтаната стронция и упругоакустический эффект в кристаллах
КДР и титаната стронция. Проведенные эксперименты позволили оцениті
коэффициенты пьезоэффекта 3-го порядка в ниобате лития, определиті
коэффициенты электрострикции 6-го ранга в титанате стронция, а также
определить коэффициенты упругости 3-го порядка в кристаллах титанаті
стронция и дигидрофосфата калия (КДР).
4. Разработана и апробирована экспериментальная методика исследованш
анизотропии поверхности Ферми в металлах, основанная на измерениі
квантовых осцилляции акустоэлектрического тока в квантующем магнитол
поле в слоистой структуре пьезоэлектрик - исследуемый металл.
5.Впервые экспериментально обнаружены и исследованы ранее теоретическі
предсказанные особенности поведения поглощения ОАВ и акустическоі
нелинейности и металле, находящемся в области электронно-топологической
перехода.
6.Впервые в диапазоне температур Т=4,2-80 К экспериментально исследоваш
акустические свойства кондо-соединения СеА13 и проведено их сравнение с
аналогичными свойствами соединения LaAl3 (нормального металла
изоморфного немагнитного гомолога СсА13), которое дало наглядно^
представление о влиянии образования системы тяжелых фермионов н;
особенности ЭФВ в кондо-соединепиях.
7.Впервые исследованы нелинейные акустические свойстза кондо-соединени;
СеА13 в интервале температур 4,2 - 80К, при которых в этом соединенш
происходит образование системы тяжелых фермионов.
8.Впервые проведены комплексные экспериментальные исследовани:
линейных и нелинейных упругих свойств ВТСП-ксрамикн YBa2Cu307_s
интервале температур 4.2-300К. Установлено наличие сильного вклад
свободных фермиевских носителей в изменение скорости ОАВ при Т«ТС (Тс-
температура сверхпроводящего перехода) и существенной анизотропии поверхности Ферми таких носителей. Определены все компоненты тензора коэффициентов упругости 3-го порядка керамики YBa2Cu307x и их
температурная зависимость в интервале температур 77-ЗООК. Обнаружено
значительное изменение упругой нелинейности в области перехода в сверхпроводящее состояние.
На защиту выносятся следующие результаты и положения:
1. Разработан и реализован ряд экспериментальных методов и комплекс
исследовательской аппаратуры (в том числе автоматизированной с помощью
персонального компьютера) для исследования влияния внешних воздействий
на линейные и нелинейные акустические свойства твердых тел в диапазоне
частот 1-400 МГц в интервале температур 4.2-400 К, в электрических полях до
20 кВ/см, в магнитных нолях до 50 кЭ и давлениях до 108 Н / м2.
2. Результаты теоретического и экспериментального исследования
унругоакустического и электроакустического эффектов в пьезоэлектрических 1'
центросимметричных кристаллах.
-
Теоретические и экспериментальные исследования анизотропия и эсобенносген нелинейного взаимодействия акустических волн в пьезоэлектрических кристаллах.
-
Экспериментальное изучение и численные расчеты особенностей гкустоэлсктрошюго взаимодействия при фазовом переходе иолу проводим к--іеталл в двуокиси ванадия V02.
-
Экспериментальная методика исследования анизотропии поверхности Рерми в металлах, основанная на исследовании квантовых осцилляции куетоэлектрнческого юка в квантующем магнитном ноле п слочсгоіі труктуре пьеяоэлектрпк - исследуемый метал.
(і. Результаты теоретического анализа трансформации спектра юпохроматической акустической волны в металле вблизи ЭТП и
экспериментального исследования влияния ЭТП на поглощение акустическую нелинейность в сплаве висмут-сурьма.
7. Результаты экспериментального исследования акустических свойст
кондо-соединения СеА13 и соединения LaAl3 - нормального металл;
являющегося немагнитным изоморфным гомологом СеА13, позволивши
показать существенную роль тяжелых фермионов в наблюдаемых аномалия
акустических свойств СеА13.
8. Результаты экспериментального исследования линейных и нелинейны
акустических свойств в ВТСП-керамике в интервале температур 4,2-300 К.
Апробация работы. Основные результаты исследований, представленні в диссертации, докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр акустики физического факультета МГУ, ЛГУ, на VIII (г.Москва, 1973 г.), (г.Москва, 1983 г.) Всесоюзных акустических конференциях; на ^ Международном симпозиуме по нелинейной акустике (г.Москва, 1975 г.); і IX Всесоюзной конференции по сегнетоэлектричсству (г.Ростов-на-Дону, 19' г.); на VIII (г.Казань, 1974 г.), IX (г.Москва, 1976 г.), XI (г.Душанбе, 19! г.), на XII (г.Саратов, 1983 г.), на XIII (г.Черновцы, 1986 г.) Всесоюзнь конференциях по квантовой акустике и акустоэлектронике; на III Всесоюзне совещании по ВТСП (г.Харьков, 1991г.); на Международном симпозиуме і поверхностным волнам в твердых телах и слоистых структур; (г.Новосибирск, 1986 г.); на 25 (г.Ленинград, 1986 г.), 26 (г.Донецк, 1990 г. 27 (г.Казань, 1992 г.) Всесоюзных совещаниях по физике низких температу на Международной конференции по физике тяжелых фсрмионс (г.Франкфурт, ФРГ, 1988 г.), на Международной конференщ "Нсразрушающий контроль в науке и технике" (г.Москва, 1994 г.), і Международном ультразвуковом симпозиуме IEEE (г. Канны, Франци 1994 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 53 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения п списка цитированной литературы. Диссертация содержит 290 страницу машинописного текста, включая 23 таблицы, 64 рисунка и список цитируемой литературы из 264 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
