Способ определения фононных частот кристаллических твердых тел

СООЭ СОВЕТ З(5 В й 01 Н 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(56) 1. Ашкрофт Н., Мемрин Н. Физикатвердого тела. Т, 2, М., ффмирфф,1979, с.108-113,2, Динамические свойства твердыхтел и жидкостей.-В. сб.; Исследование методом рассеяния нейтроновпод ред. С.Лавси и Т.,Шпрингера,М., ффМирфф, 1980, с.35-38 (прототип).3. Яо 11 п Я.Я. е 1 а 1. Навап Ярестгцв ой 01 авопй.-"Раув.йеч.ф 1970,В 1, 1687-169 о. ют пучком релятивистских электроновили позитронов под углом не болееугла каналирования, измеряют спектрэлектромагнитного излучения каналированных электронов или позитроновв направлении движения частиц и определяют фононные частоты для критических точек фононного спектра по по.ложению максимумов в спектре электромагнитного излучения по формуле Я = 1 - м итичесспект- фе е Я; фононные часто ких точках фон ра;масса электрон энергия электр на) в падающем значение энерг ы нн(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИ ЧАСТОТ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТВЕ включающий облучение монок элементарными частицами, .о ч а ю щ и й с я тем, что расширения области примени все кристаллы к упрощения облучение монокристалла ос Я ФОНОННЫХ РДЫХ ТЕЛф ристалла т л ис целью мости на способа, уществляна поэитропучкер С" и в 1-м мак.ромагсимуме спектра электнитного излучения.в системе, где постскорость света равны) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,40 45 50 55 60 65 Изобретение относится к способамопределения параметров колебанийв твердых телах, в частности к определению Фононных спектров кристаллических тел,Фононные спектры определяют путем расчета или экспериментально,Непосредственный расчет спектровконкретных кристаллов трудно выполним, а для кристаллов сложных веществ, включающих атомы различныхэлементов, расчетом получить достоверные значения Фононных частот практически невозможно.Экспериментальные способы определения фононных частот кристаллических твердых тел основаны на использовании эффекта взаимодействия различных частиц с криСталлическойрешеткой твердого тела.Известен способ определения Фононных частот, при котором кристаллоблучают пучком инфракрасного излучения с энергией и импульсом И. Подуглом Ы к направлению облучающегопучка, соответствующим изменениюимпульса инфракрасного излученияна величину порядка импульса фононаО наблюдают рассеянный пучок,характеризующийся частотой оз= о+ Яи импульсом К = К ф О, где Я; иЯ, - частоты и кваэиимпульсы фононов. Измеряя спектры рассеянногопод разными углами Ы инфракрасногоизлучения, определяют Фононные частоты и соответствующие им квазиимпульсы в кристаллических твердых телах Г 1,Недостаток способа состоит в том,что в то время, как для инфракрасного излучения частоты Фононов исамого излучения сравнимы по величине шЯ., их импульсы отличаются наФнесколько порядков /К/ сс /б / длябольшей части фононов и, следователь.но, Фононы с большим /Х / не удаетсяизмерить, Таким образом, способ инфракрасного рассеяния применим толькодля длинноволновых Фононов, которыесоставляют лишь - 0,1 общего числафононов образца. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения фононных частот кристаллических твердых тел, включающий облучение монокристалла элементарными частицами - нейтронами и неупругое рассеяние их в кристаллах, заключающийся в том, что на монокристалл исследуемого материала направляют монохроматический пучок медленных нейтронов энергии Е 0,1 э В, затем измеряют энергию и импульс рассеянных нейтронов. Изменение энергии нейтрона равно энергии излученных или поглощенных ими фононов 23 и 32. 5 10 15 20 25 30 Недостаток этого .:пособа - трудность получения монохроматического сфокусированного пучка медленных нейтронов, так как нейтрон не имеет электрического заряда, Детектирование рассеянного нейтрона с точным измерением его импульса также технически сложно ввиду малых потоков рассеянных частиц. Атомные ядра момногих элементов имеют большое резонансное сечение поглощения нейтронов в рабочей области энергии данного способа. Для экспериментов требуются большие монокристаллы порядка нескольких кубических сантиметров,Цель изобретения - расширение области применимости на все кристаллы и упрощение способа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения Фононных частот, включающему облучение монокристалла элементарными частицами, облучение монокристалла осуществляют пучком релятивистских электронов или позитронов под углом не более угла каналирования, измеряют спектр электромагнитного излучения каналированных электронов или позитронов в направлении движения частиц и определяют Фононные частоты для критических точек фононного спектра по положению максимумов в спектре электромагнитного излучения по формуле где Я - Фононные частоты нритических точек фононного спектра;п - масса электрона;Е " энергия электрона (позитрона) в падающем пучке;.и; - значение энергии в 1-ммаксимуме спектра электромагнитного излучения,Предложенный способ основан на использовании нового физического явления - электромагнитной конверсии фононов на релятивистских заряженных частицах в кристаллах. Так как это явление наблюдается на монокрисгаллах любых материалов, предлагаемый способ эффективно применим для определения спектров фононных частот любых кристаллических твердых тел. Упрощение процесса определения фононных частот в данном случае состоит в том, что получение пучка заряженных релятивистских частиц с параметрами, необходимыми для измерения спектра Фононных частот, проще, чем соответствующего потока нейтронов.На фиг. 1 представлена схема установки для осуществления способа;1 10цикл 4,84 + 0,18 5,66+ 0,17 6,17 + 0,15 6,77 ф 0,14 на фиг, 2 " спектр электромагнитного излучения позитронов, движущихся вдоль плоскости (110) в кристалле алмаза.Способ осуществляют следующим образом,5Пучок электронов (позитронов) с выхода ускорителя 1 направляют на гониометрическое устройство 2, в кото ром установлен монокристалл 3, сори" ентированный таким образом, что его 10 кристаллографические плоскости расположены параллельно пучку электронов (поэитронов). Прошедший пучок отворачивается магнитом 4, а пучок т -излучения каналированных частиц, пройдя через коллиматор 5, регистрируется детектором 6. Детектор снимает зависимость интенсивности излучения как функцию энергии.Результаты измерений приведены 20 на фиг. 2, где стрелками отмечены максимумы, отвечающие конверсии фононов и использованные для нахождения критических частот фононов. Экспериментальные значения энергии 25 г-квантов в этих максимумах представ лены в табл.1. В табл. 2 приведены вычисленные по формуле значения соответствующих фононных частот алмаза.В табл. 3 приведены известные значения частотСравнение результатов, приведенных в табл, 2 и 3, показывает согласие частот фононов по предложенному способу в критических точках с ранее известными.Таким образом, основными преимуществами предлагаемого способа являются обеспечение возможности работы с,пучками заряженных частиц, легко формируемыми обычными методами; возможность сдвига наблюдаемой частоты в любую удобную для измере" ния область, путем варьирования энергии заряженных частиц.Таблица 1 щ;, ИэВ 156 ф 2 184 2 196+ 2 220 2Составитель Т.ВладимироваРедактор И.Ковальчук Техред В.далекорей Корректор Г .Решетник ЮЭЗаказ 2925/41 Тираж 823 Подписное ВНИХПХ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, В, Раушская наб., д. 4/5