Исследование особенностей структуры и кинетики фононов в диэлектрических микронеоднородных материалах методом тепловых импульсов

• Автор: Таранов, Андрей Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 94 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава I. Особенности генерации, распространения и регистрации НФ в режиме диффузии

1.1. Метод «тепловых» импульсов

1.2. Особенности измерений с использованием слабонеравновесных фононов (СНФ)

1.3. Влияние неупругого фонон-фононного взаимодействия на формирование режимов квазидиффузии и нелокальной фононной теплопроводности
Глава 2. Фонон-примесное рассеяние НФ в твердых растворах иттрий-редкоземельных алюминиевых гранатов

2.1. Температурные характеристики рассеяния

2.2. Концентрационные зависимости фонон-примесного рассеяния

Глава 3. Роль распадных процессов в распространении слабонеравновесных фононов в кристаллах УаЮзіІдл
3.1. Анализ пороговых значений квазидиффузии в монокристаллах
3.2. Экспериментальные результаты по распространению СНФ в Уо.Лліо.іАЮз
3.3. Обсуждение результатов моделирования сигнала отклика болометра по методу Монте-Карло
Глава 4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ ФОНОНОВ В КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
4.1. Модель фононного переноса в керамических материалах
4.2. Сравнительное исследование промышленных керамик на основе корунда

4.3. Керамики и нанокерамики из оксидов А1, Ъх и композиты на их основе
4.4. Исследование свойств и структуры межзеренных границ в керамиках на основе нитрида алюминия методом «тепловых импульсов» с целью создания материала для эффективного отвода тепла энерговыделяющих
электронных компонентов [53]
Глава 5. Особенности диффузионного движения неравновесных фононов в неидеальных кристаллах
5.1. Одночастотная диффузия
5.2. Диффузия планковского распределения неравновесных фононов в среде с рэлеевскими рассеивающими центрами
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Фононы взаимодействуют практически со всеми типами дефектов и элементарных возбуждений, что делает их важным и информативным инструментом в исследованиях структурных особенностей твердого тела.
Традиционные методы исследований конденсированных сред методом распространения высокочастотных фононов, такие как теплопроводностный и ультразвуковой, малоинформативны, поскольку в первом случае получаемые данные усреднены по частотам и поляризациям фононов, а во втором - ограничены частотами порядка 10 Ггц, т.к. требования к обработке исследуемых образцов становятся трудновыполнимыми.
Более широкими возможностями обладает развиваемый с конца 60-х гг. метод “тепловых импульсов” (ТИ), который в последнее время стал универсальным методом исследования кинетических характеристик фононов в различных по структуре и свойствам твердотельных материалах. За счет быстрого заимствования ряда современных технологических решений и идей из смежных областей физики, позволивших совершенствовать методы генерации и регистрации НФ, метод тепловых импульсов в настоящее время широко применяется в целом ряде направлений исследования физики конденсированного состояния [1,2].
В начальном варианте методики источником (генератором) фононов служила тонкая металлическая пленка, нанесенная на исследуемый образец методом термического напыления, которая нагревалась коротким импульсом электрического тока. Регистрация фононов осуществлялась широкополосным тепловым детектором (болометром), расположенным обычно на противоположной стороне образца.
Традиционно метод ТИ используется в условиях гелиевых температур. При таких температурах длины свободного пробега I в ряде широко

В таблице 3.1 представлены данные об эффективности упругого рассеяния и распадов для материалов, наиболее часто используемых в экспериментах по распространению неравновесных фононов.
Таблица 3.1.
Соединение СаР [25] & [52] ве [52] СаАэ [39] УзАфО^Ьиоз [54] Yo.9Luo.1Al Оз
А, с1-К'5 8-1СГ4 1.6-10-4 7.4-10-4 39-10-4 2.07-10*4 48 -10^
В, с'1-К"4 0.5 0.46 7.0 1.4 195 7.
В* «9.5 31.5 141 7.5 *104 3.16
т=ттт, к Т»38 Т»38 Т»19 Т»29 Т»10 Т»3.
При составлении таблицы полагалось, что упругое рассеяние в низкочастотном диапазоне может быть записано в виде
1/тв=ВТ4 (3.1)
где Т - энергия фонона в Кельвинах. Для случая инжекции фононов в исследуемый материал с планковским распределением под величиной Т мы будем понимать энергию доминантной группы фононов теплового импульса [54].
Скорость распада для ангармонических процессов, усредненная по поляризациям фононов и направлениям в ц-пространстве, может быть представлена в виде
1/тА=ЛТ5 (3.2)
В [55] введена безразмерная величина соотношения эффективности упругого и ангармонического распадов:
в'=в/(а/ьУ5 (3.3)
где — усредненная скорость фононов в материале образца, длина которого Ь. Для данных, приведенных в таблице, величина баллистического времени распространения 4= выбиралась для всех материалов равной 10'6 с, что по порядку величины соответствует условиям типичного эксперимента (Ь ~ 1 см, Уд = 105 106 см/с). В [55] показано, что использование аналитических
расчетов для описания процессов квазидиффузии возможно только при выполнении условия