Способ определения фононных частот кристаллических твердых тел

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОИОННЫХ ЧАСТОТ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, включающий облучение монокристалла элементарными частицами, отличающийся тем, что, с целью расширения области применимости на все кристаллы и упрощения способа, облучение монокристалла осуществля2 3 -А ют 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 ft; - фононные частоты в критических точках фононного спект- § раг (Л П1 масса электрона; Е tw энергия электрона (позитрона ) в падающем пучке; значение энергии в i-м максимуме спектра электромагнитного излучения. (записано в системе, где постоянная Планка и скорость света равны 1). ОС СО 4 СО ОО

СООЭ СОВЕТСКИХ

WI9NI

РЕСПУБЛИК (!е (и!

3<Я) G 01 Н 23 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, (21) 3485664/18-25 (22) 18. 06. 82 (46) 30.04.84. Бюл. В 16 (7 2) B.Ô. Болдырев (53) 535 ° 544 (088. 8) (56) 1. Ашкрофт Н., Мемрин Н. Физика твердого тела. T. 2, М., Мир, 1979, с. 108-113.

2. Динамические свойства твердых тел и жидкостей.-В. сб.; Исследование методом рассеяния нейтронов под ред. С.Лавси и Т..Шпрингера.

М., Мир, 1980, с.35-38 (прототип).

3. Solin S.S. etal. Raman Spectrum of Diamond.-"Phys.Rev. 1970, В 1, 1687-169 . ют пучком релятивистских электронов или позитронов под углом не более угла каналирования, измеряют спектр электромагнитного излучения каналированных электронов или позитронов в направлении движения частиц и опре деляют фононные частоты для критических точек фононного спектра по положению максимумов в спектре электромагнитного излучения по формуле

Я,= 1t — w; где Я; - фононные частоты в критических точках фононного спект- ф ра;

m — масса электрона;

E - энергия электрона (поэитрона) в падающем пучкеу значение энергии в -м максимуме спектра электромагнитного излучения. (записано в системе, где постоянная

Планка и скорость света равны 1) . (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОНОННЫХ

ЧАСТОТ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, включающий облучение монокристалла элементарными частицами, .о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применимости на все кристаллы н упрощения способа, облучение монокристалла осуществляРиг. f

1ОВЭ4Э

g т2 1!

40

Изобретение относится к способам определения параметров колебаний в твердых телах, в частности к определению фононных спектров кристаллических тел.

Фононные спектры определяют путем расчета или экспериментально, Непосредственный расчет спектров конкретных кристаллов трудно выполним, а для кристаллов сложных веществ, включающих атомы различных элементов, расчетом получить достоверные значения фононных частот практически невозможно.

Экспериментальные способы определения фононных частот кристаллических твердых тел основаны на использовании эффекта взаимодействия различных частиц с кристаллической решеткой твердого тела.

Известен способ определения фононных частот, при котором кристалл облучают пучком инфракрасного излучения с энергией и импульсом R. Под углом с - к направлению облучающего пучка, соответствующим изменению импульса инфракрасного излучения на величину порядка импульса фонона

Q,, наблюдают рассеянный пучок,характеризующийся частотой ш = u+ Я„. и импульсом К = К + Q, где Я; и

Q; — частоты и кваэиимпульсы фононов. Измеряя спектры рассеянного под разными углами Ы инфракрасного излучения, определяют фононные частоты и соответствующие им квазиимпульсы в кристаллических твердых тепах C1).

Недостаток способа состоит в том, что в то время, как для инфракрасного излучения частоты фононов и самого излучения сравнимы по величине ш Я., их импульсы отличаются на

1 Ф несколько порядков /К/ сс /б / для большей части фононов и, следовательно, фононы с большим /Х / не удается измерить. Таким образом, способ инфракрасного рассеяния применим только для длинноволновых фононов, которые составляют лишь - 0,1% общего числа фононов 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.

Недостаток этого .=по .оба — трудность получения монохроматического сфокусированного пучка медленных нейтронов, так как нейтрон хе 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 вЂ” фононные частоты нритичес1 ких точек фононного спектра;

tn — масса электрона;

Е - энергия электрона (позитрона) в падающем пучке; .и ; — значение энергии в 1-м максимуме 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;

1089493

2 3 j 4

Таблица 2

Я, 10™М, цикл 4,79+ 0,10 5,75+ 0,09 6 05+ 0,08 6,80+ 0,07

1 !

n.. 10-13, цикл 4,84 + 0,18 5,66+ 0,17 6,17 + 0,15 6,77 0,14 на фиг. 2 - спектр электромагнитного излучения позитронов, движущихся вдоль плоскости (110) в кристалле алмаза.

Способ осуществляют следующим образом.

Пучок электронов (позитронов) с выхода ускорителя 1 направляют на гониометрическое устройство 2, в кото ром установлен монокристалл 3, сориентированный таким образом, что его кристаллографические плоскости расположены параллельно пучку электронов (позитронов). Прошедший пучок отворачивается магнитом 4, а пучок g -излучения каналированных частиц, пройдя через коллиматор 5, ре.гистрируется 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 частот

Сравнение 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 c,ïó÷êàìè заряженных частиц, легко формируемыми обычными методами; возможность сдвига наблюдаемой частоты в любую удобную для измере" ния область, путем варьирования энергии заряженных частиц.

Таблица 1 ю;, ИэВ 156 2 184 4 2 196 + 2 220» +2

1089441

Составитель Т.Владимирова

Редактор И.Ковальчук Техред В.далекорей Корректор Г .Решетннк

ЮЭ

Заказ 2925/41 Тираж 823 Подписное

ВНИИПХ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4