Введение к работе
Актуальность jretm. Настоящая работа посвящена изучению анизотропии потока энергии элементарных возбуждений, распространяющихся от точечного источника в анизотропной среде. В пренебрежении диссипацией и рассеянием, направление вектора групповой скорости Чя, которым определяется направление потока энергии, задается нормалью к изознергетической поверхности я(Е) о пространстве волновых векторов q, а именно: 7q = v о(Е); здесь Е - энергия. Поскольку в анизотропной среде о-поверхность отличается от сферы, то волновой вектор q и групповая скорость 7д , в общем случав, непараллельны. В результате, 7д-век.торы моноэнергвтических возбуждений, имеющих равномерное распределе-иие по направлениям волновых векторов п q-пространстве, оказываются сконцентрированы около одних направлений - направлений концентрирования потока энергии - и расконцентрироваш около других. Степень концентрирования потока определяется несферичностью «-поверхности.
Впервые на анизотропию потока энергии от точечного источника обратили внимание в 1969 г. при исследовании баллистического распространения тепловых импульсов в кристаллах при гелиевых температурах. В настоящее время эффект концентрирования потока баллистических фононов итггепсивно исследуется теоретически и экспериентально. Роток баллистических фононов определяет форму электрон-дырочных капель; формирует отраженный сигнал в аномальном сопротивлении Капицы; определяет теплопроводность при гелиевых температурах. Концентрированный поток поверхностных волн применяется для механической очистки поверхности анизотропных материалов. Эффект концентрирования объемных ультрэзву-
ковых воля используется в акустической микроскопии для увеличения глубины проникновения пучка волн внутрь анизотропных сред. Кроме того, в настоящее время уже есть работы по концентрированию баллистических электронов, концентрированию потока электромагнитных и акустических волн в сверхрешетках. Все это обуславливает актульность настоящей работы.
Нелыо_диссертационной_раОоты является дальнейшее теоретическое исследование эффекта фопонного концентрирования и его проявлений в различных физических явлениях. Были поставлены следующие задачи:
;. Исследование концентрирования поверхностных фононов и его изменения под внешними воздействиями.
-
Исследование измепения концентрирования объемных фононов при наличии внешних воздействий.
-
Исследование некоторых вопросов акустоздектронного и акус-тооггсического взаимодействия в условиях фононного концентрирования.
Научная_новизда.
1.Показано, что в концентрировании бездисперсионных фононов имеется однодараметрическое семейство гауссовых отображений. Поэтому в общей случае возможны катастрофы коразмерности гри. В отличие от существовавшего ранее мнения, что возможны только катастрофы складка и сборка.
2.Получены условия на упругие модули, при которых в кубических кристаллах имеют место катастрофы клюв-к-клюву, бабочка, гиперболический омбилик.
3.Показано, что для поверхностных фононов можно выделить три типа концентрирования, различающихся характером зависимости направления волнового вектора от направления вектора групповой
скорости и разлячЕмми асимптотическими законами спадания амплитуды колебания с расстоянием до точечного источника.
4.Показано, что тип концентрчгювания на поверхности может изменяться при внешних.воздействие
5.Изменение направлений фононного концентрирования под внешними воздействиями использовано дли объяснения кристаллографической направленности путей стрммерного пробоя кристаллов L1F и саз.
Практическое_значепие результатов работа. Учет фононного концентрирования важен как при исследовании физических явлений (движение электронно-дырочных капель в полупроводниках, аномальное сопротивление Капицы, теплопроводность при низких температурах, стримерный пробой кристаллов и т.д.), так. и при разработке новых физических приборов, например, при выборе геометрии зкустооптического или акустозлектрошгого взаимодействия в кристаллах. В задачах неразрушакшего контроля анизотропных твердых тел (например, акустическая микроскопия и акустическая томография анизотропных сред, в частности слоистых ВТСП материалов) применяются разработанные программы расчета картин концентрирования потока энергия ультразвуковых волн.
Разработан комплекс программ для расчета и отображения картин концентрирования, коэффициента концентрирования, поверхностей медленности (с удалением невидимых линий), параболических и каустических линий в кристаллах различных сингоний; для расчета параметров концентрирования п гексагогальннх кристаллах с учетом нелинейного пьезоэффокта.
Рассмотренный класс явлений будет иметь место для различных коллективных возбуждений в анизотропном твердом теле. Вклад этих явлений гоом!-кон в теплопроводности при низких температу-
pax, отраа.-iu'iV' і,т поверхности, переносе анергии различных колебаний, взакмидействии возбуадений и др. при условии баллистического распространения в среде.
Основные^защищаемые„положения:
1.Выявлены три типа концентрирования поверхностных волн: несингулярный, сингулярный, особо сингулярный. Найдены асимптотические зависимости амплитуды волны U от расстояния г до то-течного источника для каждого типа: несингулярный U(r)-0(r"1/2); сингулярный - Щг)-0[г~1/3); особо сингулярный -и(г)-0(.г',/4).
2.Рассмотрено изменение типа концентрирования: а)для ПАВ в слоистой структуре Z-срез Ы№0э + слой CdSe при изменении частоты волн; б)для поверхностных магштоупругих волн на Z-срезе кристалла гематита при изменении внешнего магнитного поля. 3.Теоретически изучено изменение концентрирования объемных фононов: в кубических кристаллах NaCi, LiF при изменении температуры, в Ge, Si при приложении давления, в гексагональном кристалле CAS при приложении сильного электрического поля.
4.Рассмотрены геометрия поверхности медленности, параболические линии, каустики и фононная интенсивность при реализации в кубических кристаллах катастроф клюв-к-клюву, бабочка, гиперболический омбилик. Получены условия на упругие модули и численно определено множество значений упругих модулей, при которых имеют место эти катастрофы.
5.Для кристаллов СаМоО и ТеО определены геометрии акус-тооптического взаимодействия, при которых возростает временная апертура аьустооптического дефлектора за счет концентрирования фононов.
6.Изменение направлений стримерного пробоя в LLF при изме-
нениии температуры объяснено изменением направлений концентрирования FT-фононов. Из сравнения направлений концентрирования и направления стримерного пробоя в кристалле CdS получены значения нелинейных пьезомодулей р2?()=1.08 Кл/м3 и Рг34=б.б7 ГСл/м2.
Ащюбация_работн_и_публикации. Результаты работы докладывались: на республиканской конференция "Обработка информации на ПАВ", 1983, Черкассы; на 5~ом Всесоюзном совещании "Физика и техническое применение полупроводников А Вг", 1983, Вильнюс; на 5-ой Всесозной конференция "Методика и техника ультразвуковой спектроскопии", 1984, Вильнюс; па 2-ой Международной конференции "Физика фононов", 1985, Будапешт; на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Акустооптика в физике и технике", 1986, Ленинград; на Международном симпозиуме "Поверхностные волны в твердых телах и слоистых структурах", 1986, Новосибирск; на 13-ой Всесоюзной конференции по акустоэлекгронике и квантовой акустике, 1986, Черновцы; на объединенном теоретическом семинаре ИТФ АН СССР, ИФТТ АН СССР и ИХФ АН СССР, 198Т, Черноголовка; на 19-ом Международном симпозиуме "Акустические изображения", 1991, Бохум, Германия; на семинарах ВНИИФТРИ (Менделееве), ИС АН СССР (г.Троицк), ФТИ им.Иоффе (г.Ленинград), ВНИЦПВ (г.Москва). По результатам работы опубликовано 13 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
О0ъем_и_структурз_рзботи. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и гашсгса цитировшгаой литературы. Работа изложена на 161 странице и включает 39 рисунков И 118 библиографических ссылок.
Похожие диссертации на Особенности фононного концентрирования в кристаллах
