Введение к работе
Актуальность темы. Изучение упругих поверхностных волн в средах, содержащих дефекты и неоднородности, представляет постоянный интерес как для понимания физики явлений на поверхности, так и для расширения сферы технического применения поверхностных волн. Характеристики упругих поверхностных волн в кристалле несут информацию о таких процессах как рост кристалла, образование дефектов типа дефектов упаковки или зон Гинье-Престона, а также большого числа явлений, связанных с наличием границы раздела, где число поверхностных атомов есть величина такого же порядка как и число атомов в объеме кристалла. Например, существенным оказывается влияние поверхностных волн на среднеквадратичные смещения поверхностных атомов, которое непосредственно проявляется в процессах рассеяния внешнего излучения поверхностью.
Обширны и разнообразны технические применения поверхностных волн е акустозлектронике и оптоэлектронике. В промышленности ультразвуковой контроль, использующий ультразвуковые поверхностные волны, является одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля. Разнообразны современные акустоэлектронные устройства на поверхностных волнах - фильтры, линии задержки и др.
Перечисленные факторы определяют актуальность исследования поверхностных волн. В последнее время появилось большое количество теоретических и экспериментальных работ, посвященных этой проблеме.
Цель исследования. Настоящая работа посвящена теоретическому изучению поверхностных волн в кристалле методами теории упругости и динамики кристаллической решетки. Рассмотрен вопрос о построении полной системы граничных условий на планарном дефекте к уравнениям теории упругости феноменологически, с учетом капиллярных параметров. Полученная полная система граничных условий позволяет описать локализованные и псевдолокализованные вблизи планарного дефекта волны разных поляризаций. Значительное внимание уделено вычислению плотности псевдоповерхностных состояний для волн рэяеевской поляризации. Результаты получены в общем случае анизотропии упругих свойств в плоскости дефекта.
Методом динамики кристаллической решетки изучены. сдвиговые волны, локализованные вблизи плоского дефекта в ГВД кристалле. Аналитически описаны основные типы поверхностных волн, локализованных вблизи свободной поверхности ГНК кристалла или границы раздела ГЦК кристаллов. Научная новизна работы определяется результатами, входящими в основные положения, выносимые на защиту:
-
Феноменологически получена полная система граничных условий на плоском дефекте упругой среды, которая позволяет найти длинноволновые локализованные вблизи дефекта колебания как акустического, так и оптического типов.
-
Впервые дано количественное описание квазилокальных поверхностных волн, фазовая скорость которых лежит в интервале меяду скоростями продольных сх и поперечных Ct волн. В случае свободной поверхности изотропной среды квазилокализо-ванные волны с волновым вектором к .обладают сплошным спектром частот в интервале CtK-
— 3. Рассчитана спектральная плотность псевдоповерхностных волн вертикальной поляризации. Плотность псевдоповерхностных волн имеет квазиодномерный характер и имеет типичные особенности на краях интервала разрешенных частот "Q\c и Cue.
-
Изучены сдвиговые волны, локализованные вблизи плоского дефекта в ГЦК кристалле. Как и в случае поверхностных колебаний, локализованные вблизи плоского дефекта волны могут быть описаны только при учете дискретности кристаллической решетки (они отсутствуют в теории упругости). Собственные колебания задачи южно характеризовать фазой колебаний близлежайших к дефектной плоскости атомных плоскостей.
-
Исследованы характеристики сдвиговых поверхностных волн, локализованных вблизи плоского дефекта в ГЦК кристалле, который образован монослоем примесных атомов. Собственная термодинамическая степень свободы дефекта приводит к дополнительной ветви закона дисперсний. Получены дисперсионные зависимости для трех возможных типов локализованных колебаний, причем два из этих типов колебаний являются достаточно коротковолновыми.
Научная новизна и практическая ценность полученных ре-
-л-
зультатов состоит в их важности при описании реальных пла-наркых дефектов в упругих средах, а следовательно, при вычислении вклада границы раздела в низкотемпературные термодинамические характеристики кристалла, а также их вклада в . частотные зависимости различных характеристик процессов рассеяния и поглощения. В этой связи особое внимание хотелось бы обратить на метод вычисления плотности псевдоповерхностных фононов рэлеевской поляризации, которая должна непосредственно проявиться в популярных в настояЕее время экспериментах по Бриллюэневскому рассеянию света поверхностью кри-1 сталла. Построенная, полная система граничных условий на плоском дефекте фактически обобщает ранее полученные результаты, и посчитанные на ее основе характеристики локальных и псевдолокальных волн должны в большей мере, чем ранее согласовываться с экспериментом. Можно также надеяться, что аналитически вычисленные характеристики сдвиговых поверхностных волн в ГЦК кристалле найдут техническое применение. Апробация работы. Материалы диссертационной работы неоднократно докладывались на семинарах ФТИНТ НАН Украины, а также на национальных и международных конференциях:
конференция "К 50-ти летаю кафедры теоретической физики ХГУ", 1994.
международный симпозиум по физике поверхностных фононов "D'fPPOSO XXV", Италия. 1994.
конференция "Физические явления в твердых телах" ларьков, 19G5.
международная конференция ICKDS-8, Болгария,1995
конференция САКСАМ'95. Канада, 1995.
симпозиум "Acoustical Imaging", Италия, 1595.
конференция WMCM-14, Словакия, 1995.
международный симпозиум по физике поверхностных . фононов "DYPP.0SO XXVI", Испания, 1995.
-международный симпозиум IVC-iS'ICSS-g, Япония, 1995 Тезисы перечисленных докладов опубликованы. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. В работе содержится 24 рисунка. Список литературы состоит из 104 наименований. .
Похожие диссертации на Новые типы поверхностных волн в кристаллах
