нами провідності, магнонами тощо), повністю або частково передаючи їм свою енергію; при цьому виникають нові ФН, імпульс і напрям поширення яких відрізняються від напрямку первинних ФН, тобто має місце розсіювання ФН. Спектром ФН та їх взаємодією визначаються теплові властивості кристалів: теплоємність, теплопровідність, теплове розширення та ін Наслідком взаємодії з тепловими ФН є розсіювання когерентних ФН, від якого залежить поглинання звуку в кристалі. Ряд ефектів відзначений при взаємодії акустичних ФН з електронами; зокрема в пьезополупроводніках може відбуватися посилення ультразвуку. Розсіювання електронів провідності при взаємодії з ФН - основний механізм електроопору. Здатність електронів випромінювати або поглинати ФН призводить до тяжінню електронів один до одного, що при низьких температурах є причиною переходу металів в надпровідний стан. ФН також взаємодіють з різними дефектами кристала - вакансіями, дислокаціями, сторонніми домішками, межами кристалітів і поверхнею всього зразка. Дефекти збільшують поглинання і розсіяння ФН в кристалі.
Теплові ФН існують в кристалі завжди. Поряд з ними можуть бути порушені т.зв. когерентні ФН - гіперзвукові хвилі. Якщо теплові ФН мають широкий спектр частот, то гіперзвукові хвилі, які є потоком когерентних ФН, можуть мати лише одну певну частоту. Для штучного генерування гіперзвуку можуть бути використані резонансні електроакустичні перетворювачі, розміри яких повинні бути дуже малі через малість довжини хвилі гіперзвуку. Такі перетворювачі отримують, наприклад, шляхом вакуумного напилення плівок з п'єзоелектричних матеріалів (CdS, ZnS, ZnO та ін) на торець звукопровода у вигляді монокристалічного стрижня з кварцу, сапфіра, рубіна і ін
Дослідження ФН (фононного газу) проводять прямими або непрямими методами. Останні пов'язані з вимірами теплових властивостей речовини, а також з вивченням розсіювання частинок (нейтронів, фотонів) на теплових ФН. Прямі методи - це акустичні експерименти, наприклад, вимірювання поглинання і швидкості звуку на гіперзвукових частотах [13].
Дослідження теплових імпульсів дозволяють визначати швидкість теплових ФН, їх розсіювання і часи релаксації в кристалі. Загальна схема експериментів показана на малюнку:
Ріс.1.7. Схема експерименту з тепловими фононами
Позначення:
- генератор імпульсів струму, 2 - плівковий провідник, 3 - зразок,
- детектор, 5 - підсилювач, 6 - осцилограф.
1.2.2 Історія фононних кристалів
Напрямок акустичних метаматеріалів розвинулося завдяки вивченню електромагнітних метаматеріалів та будівництва матеріалів для управління електромагнітної радіацією [15-16].
Рівняння Максвелла об'єднали всі пророблені спостереження, експерименти та рівняння електрики, магнетизму і навіть оптики в послідовну теорію. Вони продемонстрували, що електрика, магнетизм і навіть світло - це прояви одного і того ж самого явища, а саме: електромагнітного поля. Згодом всі інші класичні закони або рівняння в цій галузі стали спрощеними випадками рівнянь Максвелла. Досягнення Максвелла в електромагнетизмі назвали «другим великим узагальненням у фізиці», після першого, отриманого Ісааком Ньютоном [17].
Значний розвиток мікрохвиль теорії, досягнуте тільки в 20-му сторіччі, пов'язано з циліндровим параболічним відбивачем, діелектричними лінзами, мікрохвильовими поглиначами, порожнистим ізлучатем, випромінюючої діафрагмою і електромагнітн...
