Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 18
Текст из файла (страница 18)
в каждой из сзязаииых систем. Т. к, одно колебание происходит з обеих системах сиифаэпо, а другое — противофааяо, то максимальиая амплитуда Б. в одной из систем достигается прп минимальной амплитуде Б, во второй системе, а энергия колебаний попеременно перекачивается из одвой системы в др. Пространственными Б. Еаз. квази- периодическую по координате интерфереициоииую картину, обрааующуюся при сложении двух сияусоидальпых волн с близкими длинами волн, бегущих в одном направлении.
Пространственные Б. перемещаются в том 62 нольцмлнл постоянндя же направлении, что и составляющие их волны, а в каждой давкой точке пространства наблюдаются при этом временные Б. Лит.з С тр етт Л т. В. (лорд Рзлей1, Тсоэнк азукз, пер. с англ.. 2 нзд., т. 1, М., 1955; Г о р е ли к Г. С., Колебания к волям, 2 нзд., М., 1959, гл. 2, 95; Стрелка з С. Н., Введение з теорию колебаний, 2 нзд., М., 1955.
М. А. Исака«и БОЛЬЦМАНА ПОСТОЯННАЯ одна из основных физич. постоянных, равная отношению газовой постоянной К (где Я =- ру)Т, р — давление, Р— объем, Т вЂ” темп-ра идеального ваза) к числу Авогадро Агл (число молекул в грамм-молекуле любого ве«цества). Б. и. АВ = К)Л'А = — (1 380622 ~ 0 000044) 10-зз Дж/К= = (1,380622 ~ 0,000044) 10 1« эрг1'К.
Б. п, входит во все формулы, описывающие распределение миКрочастиц (электронов, атомое,молекул)по энергиям. БЬЕРКНЕСА СИЛЫ вЂ” см. Покдэромоторны силм в звуковом поле. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА С ЭЛЕКТРОНАМИ ПРОВОДИМОСТИ в металлах и полупроводниках (акустовлектронное взаимодейс т в и е — АЭВ). Взаимодействие акустич. волн с электронами проводимости в металлах и полупроводниках обусловлено тем, что смещение атомов кристаллич. решетки, вызванное УЗ-вой волной, приводит к нзмененинм внутрикристаллич. Электрич,полей, к-рые и окааывают влияние на движение электронов проводимости. В свою очередь, иаменение состояния алектроноз проводимости или их движение по кристаллу также приводит к нек-рым изменениям внутрикристаллич. полей, а следовательно, и к деформации решетки, что может проявляться как изменение параметров акустич.
волны. Акустич. волны в кристалле (особенно гикерэвук с частотами -10ы— 10м Гц) можно рассматривать как поток когерентных фононоэ. Кроме того, любое твердое тело при температуре, отличной от абсолютного нуля, «наполненоз тепловыми колебаниями (см. Кол«банок кристаллической решетки) — гааом фоновой. Свободные электроны з кристалле обычно рассматривают как газ электронов. Внешнее электрич. поле создает в проводящем кристалле поток электронов — электрич. ток.
Т. о., в теер- Табл. 1.— Эффекты н свойства твердых тел, обусловленные взаимодействием ультразвука с электронами проводи- мости Фоконы потОк газ Усиление УЗ Эзектросодротнзленне Генерация туноз Нелинейность еольт-амосрных характеристик Генерзцнк звука Акустозлектрнческнй аффект к л с о. Ф Электронное поглощенне УЗ Электроннак дисперсия звука Акустозлектркческвй эффект Электронная акустическая нели- нейность Тедлоеккость Т«длолрозодность Магнитные свой- стна дом теле можно рассматривать системы фазанов (гаа и патон) и алектронов (гаа и поток), к-рые взаимодействуют друг с другом.
Это взаимодействие приводит к ряду аффектов (см. табл. 1). При АЭВ происходит обмен энергией и импульсом между электронами д фазанами. Передача анергии от УЗ-еой волны электронам проводимости приводит к электронному поглощению звука, а передача импульса— К акустоэлектри««слому эффекту, При определенных условиях, когда скорость дрейфа электронов больше скорости звука, електраны могут отдавать свою киветич. энергию УЗ-вой волне. В этом случае наблюдается усиление ультразвука дрейфую«цэми носителями ааряда. Механизм АЭВ.
В аависимости от типа кристалла можно рассматривать следующие механизмы АЭВ. 1. Чисто электромагнитное (ионное) взаимодействие наблюдается в твйрдых телах, атомы к-рых ионизироваиы или в к-рых ииеется высокая плот- вость ионизированных примесей. Акустич. волна смещает ионы из положения равновесия, в результате чего воаникает ионный ток, вызывающий электрич. поле, действующее на электроны проводимости.
При этом сила, действующая на электроны, пропорциональна амплитуде смен(енин частиц в акустич. волне и«, концентрации положительных ионов нз и не зависит от частоты звука (см. ВЭАимОднйстВин хлътРАзнхкя с элнктРОНАми пРОВОдимОсти 53 табл. 3. — силы егевмоцейстзвя ультразвука о электронами врозоцимоств прв раелвчвых мехавизиах АЭВ ЗазвсеСилы взаимо. масть действия Р от частоты ю Механизм егаемоцейстеик Иоввый 1! отекцвал-цеформацзокввй ...... Пьезоэлектрический Пропорциональный екешвему полю .. С неоднородной цеФормацией ... В'=В ко»е'и Р=В Пи к=ее в,ови Р=гщ'Иви Р~=еввди табл.
2). Этот механизм взаимодействия проявляется в металлах (медь, олово, кадмий, свинец), полуметаллах (висмут) и нек-рых полупроводниках на относительно низких частотах (виже 10' Гц). 2. Потенциал-деформационное взаимодействие обусловлено зонной структурой твердых тел и возникает вследствие того, что деформация кристаллнч. решетки приводит к локальным изменениям ширины запрещенной зонм полупроводника (см. Дг4ормациокимй когеенциал). В результате под действием волны обраауются области пониженной и повышенной плотности зарядов, между к-рыми возникает электрич. поле, действующее на электроны проводимости. Сила потенциал-деформационного взаимодействия пропорциональна квадрату волнового вектора звуковой волны й, т.
е. Квадрату частоты. Она определяется константой потенциал-деформациоввого взаимодействия Вгд, к-рая является тензором и в свою очередь зависит от направления распространения и поляризации звуковой волны. Потенциал-деформацнонвое взаимодействие существенно на высоких частотах в полуметаллах (висмут, сурьма,мышьяк) и в неполярных полупроводниках (германий, кремний и др.). 3, Пьезоэлектрич. взаимодействие наблюдается в полупроводниковых кристаллах без центра симметрии— в пьезоалектрич.
полупроводниках (см. Пьезоэлектрического), В к-рых деформация сопровождается появлением электрнч, поля и, наоборот, ллектрич. поле вызывает деформацию кристалла. При деформациях в УЗ-вой волне воавнкает сила, действующая на электроны проводимости, к-рая пропорциональна волновому вектору авуковой волны й (и, следовательно, частоте) и пьезоэлектрич. постоянной кристалла г,фф для данного направления и поляризации звука. На частотах до нескольких ГГц пьезоэлектрич.
взаимодействие валяется преобладающим. Пьеаоэлектрич. взаимодействие имеет место в полупроводниковых кристаллах группы АиВП (665, СЙБе, ЕпЯ, ХпО н др.) и группы Ао' В (6аАз, 6аЯЬ, 1ВЯЬ и др.) для нек-рых определенных направлений распространения звуковой волны и поляризации звука. 4. В кристаллах еегкеовоглгктрикое с большой днэлектрич.
проницаемостью е (напр., ЯЬЯ1) сила вааввюдействпя пропорциональва внешнему постоянному электрич. полю Ео вследствие эффекта електрогтрввкцвви. Этот механизм взаимодействия обусловлен тем, что из-за деформации кристалла в акустич. волне его диэлектрич. проницаемость меняется пропорционально постоянной электрострнкции е'.
Прн этом звуковая волна, распространяющаяся по кристаллу, сопровождается электрич, полем, пропорциональным е'Е,. Следовательно, сила, действующая на свободные электроны, пропорциональна волновому вектору й и внешнему электрич. полю Е, т. е. механизмом взаимодействия можно управлвть, менвя внешнее поле. 5. При неоднородной деформации непьезоэлектрнч. кристаллов, выававной прохождением УЗ-вой вопим, нарушается симметрия крнсталлич. решетки и возникает полвризация, пропорциональная градиенту деформации. Сила взаимодействия при этом пропорциональна квадрату волнового вектора звуковой волны й и постоянной неоднородной деформации ().
По порядку величины и по частотной аависимости это вааимодействне сходно с потенциал-деформационным. 6. В кристаллах 4ерромагнетикое возможно еще и магнитострикциовное взаимодействие, обусловлевнов тем, что деформация кристалла сопровождается изменением намагниченности и повелением магнитного поля. Сила взаимодействия в этом случае пропорциональна магнитострпкцнонной константе и не аависит от частоты авука. Этот механизм характерен для 64 ВЗАимодейстВие ультразвука с электРОЯАми НРОВОдимости ферромагнитных металлов, таких, как желево, никель, кобальт.
Экранированне. Действие рассмотренных выше сил (сил непосредственного воздействии акустич. волнм на электрон проводимости) вызывает электронные токи, к-рые в свою очередь приводят к появлению новых электромагнитных полей, уменьшающих силу Г. Эти токи как бы экравируют силу злектрон-фононного взаимодействия. Отличие результирующей силы электрон-фоновного взаимодействия Рр от силы Р определяется частотой акустич, волны ю и проводимостью кристалла а: Рр «й (1+1 — '"') '. Т. о., экранирование, помимо нвменения величины силы взаимодействии, приводит к изменению ее частотной зависимости.
Экранирование — процесс коллективный, в к-ром принимают участие все электроны. В то же время это релаксационнмй процесс, т. к. на установление результирующей силы требуется век-рос время т„— максвелловское время релаксации, связанное с релаксационной частотой ю«соотношением: ти = 2Я!ю« =- е1о. (2) При рассиотрении АЭВ следует также учитывать дебаевское вкравнрование, обусловленное поляриаацией среды, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
