баллистические фононы

БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ФОНОНЫ - неравновесные акустич. фононы ,распространяющиеся в кристалле без рассеяния. Баллистич. распространение нарушается рассеянием на статич. дефектах кристаллич. решётки и свободных носителях заряда, а также фонон-фононным рассеянием. Сечения этих процессов растут с ростом частоты w фонона, поэтому баллистич. распространение имеет место только для фононов достаточно низких частот в совершенных кристаллах диэлектриков и полупроводников при достаточно низкой темп-ре T образца. При типичных расстояниях между излучателем и приёмником R=0,1-1 см Б.ф. с Гц можно наблюдать при К.

Обычный источник Б. ф.- металлич. плёнка (толщиной и площадью 0,1 мм²), напыленная на одну из граней образца и нагреваемая до темп-ры импульсом тока или лазерного излучения (длительностью 0,1 мкс). Плёнка инжектирует в кристалл фононы с широким спектром частот, соответствующим Планка закону излучения с темп-рой ; угловое распределение инжектир. фононов близко к изотропному. Простейшим детектором фононов служит болометр - плёнка примерно таких же размеров, как излучатель, напыленная на др. грань образца; отклик болометра обусловлен изменением его сопротивления при нагреве за счёт поглощения фононов.

Измеряя времена прихода, можно получить информацию о законе дисперсии фононов в диапазоне 10¹¹- 10¹² Гц, к-рый недоступен для УЗ-методов (ограниченных частотами [10 ГГц) и в к-ром нейтронные измерения (см. Неупругое рассеяние нейтронов)имеют малую точность из-за малой передачи импульса при рассеянии. Высота баллистич. пика пропорц. , где l - длина свободного пробега фонона. По высоте пика можно судить об интенсивности рассеяния фононов каждой поляризации при фиксированном направлении q (т. к. l усреднена только по ). С помощью сверхпроводящего детектора, регистрирующего только фононы, поглощение к-рых. приводит к разрыву куперовских пар (т. е. с ), где - энергетич. щель сверхпроводника), можно измерить только при , т. е. разделить фононы по частоте.

Анизотропия существенно усложняет картину баллистич. распространения. Из рис. видно, что даже в наиб. симметрич. направлении [001] распространяются не только фононы с [001], но и медленные ST фононы [от англ. slow, для к-рых q лежит в плоскости (011)]. Такие же ST фононы есть в плоскости (001)

Сечение многолистной поверхности плоскостью (011) в кубическом кристалле. Видна изолированная поверхность, соответствующая L фононам, и 2 взаимно пересекающиеся поверхности, отвечающие T фононам. На них раздельно помечены листы, соответствующие фононам малой (ST) и большой (FT)фазовым скоростям

. С учётом симметрии, т. о., оказывается, что [001] в 10 точках q: в 1 точке на листе L, в 1 точке касания листов FT (от англ. Fast - быстрый) и ST и в 8 точках на листе ST. Среди этих групповых скоростей 4 разные, так что если [001], то детектор должен зафиксировать 4 импульса - 1 продольный и 3 близких по времени прихода поперечных. Если быстрые FT фононы, инжектированные точечным излучателем, распределены по направлениям q изотропно, то их скорости группируются около направлений [001] и [011], а около направлений [111] есть области телесных углов, внутрь к-рых групповые скорости вообще не попадают. Это значит, что поток энергии FT фононов будет концентрирован вдоль [001] и [011] (фононная фокусировка) и будет равен О в конусах с осями [111] (внутр. коническая рефракция).

Лит.: Физика фононов больших энергий, пер. с англ., M., 1976; Bron W. E., Spectroscopy of high-frequency phonons, "Repts Prog. Phys.", 1980, v. 43, p. 301; Narayanamurti V., Phonon optics and phonon propadation in semiconductor, "Science", 1981, v. 213, p. 717. И. Б. Левинсон.

   <<      Предметный указатель      >>