Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 19
Текст из файла (страница 19)
е. разделением зарядов, уменьшающим результирующее электрич. поле. Этот процесс характеризуетсн дебаевским радиусом зкранирования1 где 7' — абсолютная темп-ра, й»вЂ” Больцмана постоявнан, л, — концентрация электровоз. Для электронного газа важными характеристиками являются время т между столкновениями алектронов (или частота их столкновений = 11т) н длина свободного пробега !е = Рет, где !'е — 10в см(с — тепловая скорость электронов.
Учет соотношения этих параметров электронного газа с параметрами УЗ-вой волны (частотой ю и длиной волны в« или волновым числом й =- — ) по2л в. зволнет выделить три характернме области ваанмодействия (см. табл. 3). В длииноволвовой области 1 УЗ-вая Табл. 3. — Хврвктернме частотные области вввимонействнл ультрвввукв с злектро- ними и(! ( с(1 В1,< ! ~ М.>1 «н) 1 М,)1 где т — масса электрона. При этом коэфф. поглощении продольных волн (б) 15р«, а сдвиговых волн (6) 2 0р«' где с! и «! — скорости продольных и сдвиговых волн соответственно, р — плотность металла.
Температурная зависимость электронного поглощения определяется в основном температурной аависимостью длины свободного пробега электронов 1,. Рост величины ! при низких темп-рах обьясняет воврастание электронного поглощения внука в металлах. В высокочастотной области 111, когда л!е) 1, с УЗ-вой волной зффектиз- волна может рассматриваться квк модулирующее внешнее воздействие, к-рое изменяет расвределевие электронов. Процессы здесь описываютси классич, уравнениями, поэтому зту область часто нав, гидродинаиической. В высокочастотной области 11! электроны и фононы можно рассматривать как взаимодействующие кваанчастицы — это т. н. квантовая область.
Эти об5цие свойства АЭВ характерны длн всех эффектов, рассмотренных в табл. 1. Одним из существенных признаков АЭВ в кристаллах является электронное поглощение УЗ, к-рое определяется как характеристиками кристалла, так н диапазоном частот УЗ. Электронное поглощение ультразвука в металлах становится заметныи при темп-рах ни!ке 10 К.
В длинно- волновой области 1 (табл. 3) электронное поглощение в основном обусловлено вявкостью электронного газа, ковфф. у) к-рой определяется из кинетич. теории: Ч !«лешре!е (4) ВЗАИМОДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА С ЭЛЕКТРОИАИИ ПРОВОДИМОСТИ бб по взаимодействуют только те электроны, проекции скорости к-рых на направление распространения волны равна скорости звука. Ноэфф. электронного поглощения определяется при этом выражением: яя,гое,м (7) зро', Рнс.
1. Температурная зависимость электронного поглощения а ультразвука о ооерхорооодяшем металле' 7 — а сверхпрозоляшем состоянии; 2 — при разрушении сэерхорозоднмости магнитнмм полем. О. 27 О 26 0,20 О 24 ч 022 ~022 1 Ои 020 ОВ 070 037 О 2 4 67,0 |О $2 14 3 Если металл — сверхпроводник, то при темп-ре Тс перехода в сверх- проводящее состояние электронное поглощение рвано уменьшается (кривая 1 на рис. 1). Это объясняется тем, что с решеткой, а следовательно, и с УЗ-вой волной взаииодействуют только «нормальные» электроны, число к-рых уменьшается с понижением толю-ры, а сверхпроводящие, число кгрых прп этом растет, в поглощении звука пе участвуют. Разрушение гэорхпроводплюсти внешним магнитным полем приводит к резкому возрастанию поглощения (кривая 3 на рис, 1).
В общем случае поглощение УЗ в сверхпроводниках имеет ряд особенностей, опроделяемых типом сеерхпроводнмости и полириаацией волны, Электронное поглощение в металлах в магнит- и о м ц о л е. Постоянное магнитное поле существенно влияет на движение электронов, искривляя их траектории, что скааываетск ва характере АЭВ в металлах, и прожде всего иа электронном поглощении. В области 1 возникает дополнительное, т. н. Лорепцево, поглощенве УЗ, обусловленное появлением полей ицдукции из-за и различается для продольных и сдвиговых воли только численными коэффициентами. Для области Ш харак- торна ливейнаи зависимость от частоты и слабая аависимость от темп-ры.
колебательного движения ионов кристаллич. решбтки с частотой звука в магнитном поле. В областях 1! и !11 зависимость поглощения от магнитного поля качественно связана с изменением длины свободного пробега электронон, т. к. искривление их траекторий приводит к уменьшению расстояния между столкновениями в направлении распространения. Поэтому в магнитном поле поглощение звука уменьшается. Наиболее интересна область !11, где при изменении величины магнитного поля Н имеют место осцилляции электронного поглощения (обычно при температуре жидкого гелия) (рис. 2).
Экспериментально эти осцилляции можно наблюдать, если плоскопараллельный монокристаллич, образец металла и (рис. 3) с прикреплбнным к нему посредством тонкого слоя связки 1 кварцевым преобразователем 2 поместить в криостат с жидким гелием у, к-рый в свою очередь охлаждается жидким азотои б, Вси система располагается между полюсами электромагнита 8 с индукцией  — 10 кГс. Генератор 8 возбуждает в образце импульсы УЗ, к-рые принимаются приемником е и измеряются с помощью калибровочного генератора Б.
2 ХО $2 З 4 300 2 6 Ю О.Н,Г .ее Рве. 2. Зависимость электронного поглощения а о магнитном поле а монокристалле меди при различных частотах и температуре жидкого гелия. С ростом магнитного поля наблюдается уменьшение погяошення, а прк высоких частотах (77 мгцл хорошо заметны осцичляции. Осцилляцл7и электронного поглощения в магнитном поле могут быть вызваны различными причинами и подразделяются на геометрич, резонанс, магнетоакустич. резонанс, квантовые осцилляции (осцилляции де Гааза — ван Альфеиа или Шубнино- 56 ВЗАИМОДЕИСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА С ЭЛЕКТРОНАМИ ПРОВОДИМОСТИ ва — де Гаааа) и акустич.
циклотронный резонанс (см. Металлы). Геометрнч. резонанс возникает в достаточно сильном магнитном поле, когда выполняется условие Ыа ) 1 и электрон аа время между столквовевинми успевает совершить много оборотов в плоскости, перпендикулярной напрае- Рка. 3. Блок-схема уатаказкк ллк каалецакакик электронного цагкащекик ультразкука к металлах к магниткам поле прк ккз- ккх температурах. пению поля. Если УЗ-вая волна распространяется в направлении, перпендикулярном магнитному полю, то при условии щцт ) 1 диаметр орбиты, зависящий от Н, может стать больше длины волны (здесь юц =- еН(та, — циклотронная частота, аз — скорость света).
Если диаметр орбиты равен половнне длины волны (рис. 4), то электрон ускоряется (ичи тормозится) дважды за период (в точках 1 и у) и взаимодействие максималшзо. Иаменение магнитного поля (диаметра орбиты) вли частоты звука (длины волны) прн- Рка. Ы Схека. калке стркрующак асцкллкцкк поглощения а кагккт- нак пале. водит к иаменению этого розонансного условии, и взаимодействие уменьшаетсн. Т.
о., при излгененин поля или частоты звука поглощение осциллирует. У(агнетоакустнческий резонанс обусловлен особенностями строения поверхности Ферми. В магнитном поле движение электрона оказывается периодическим, что вызывает резонансное поглощение звука, аналогично геометрич. резонансу. Исследование осцилляций поглощения является ов- ним из методов определения формы поверхности Ферми металлов. Квантовые.осцилляции наблюдаготся при низких темп-рах, если направление распространения звука не перпендикулярно магнитному полю. При атом поглощение также осциллируст в магнитном поле, но не аависит от частотм. Квантовые осцилляции вызваны тем, что энергия электронов на орбитах в магнитном поле квантуотся.
Акустич. циклотронный реаованс наблюдается при частоте УЗ, равной или кратной цнклотроннои частоте юц движений злгжтронов. При отам необходимо, чтобы частота столкковевий была меньше частоты звука, т. е. чтобы выполнялось неравенство Ыа) а /а — 10'. Акустич. циклотронвый резонанс, при к-ром поглощение также осцкллкрует, наблюдать сложнее, чем геометрический. При всех перечисленных резонансах поглопзсние периодично в функции от обратного поля 1/Н, однако в каждом случае периодичность определяется рааличвымп факторами. Электронное поглощение в полупроводниках имеет е основном те же особенности, что и в металлах, за исключением нек-рых частных случаев. В многодоливных полупроводниках (Ое, Э1) в нек-рых направланиях акранированне ослаблено, что приводит к росту элоктронного поглощения даже при ва слшпком больших концентрациях электронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
