Квантованные скорости медленных солитоно-подобных возбуждений в монокристалле кремния. Измерения с помощью термопар. Статья 1/2 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Статья 1/2 .

Квантованные скорости медленных солитоно-подобных возбуждений в монокристалле кремния. Измерения с помощью термопар.

Кудрявцев Е.М. fkudriavt@sci.lebedev.ru ), Зотов С.Д.

Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Отделение оптики

1. ВВЕДЕНИЕ

Квантованные значения скоростей последовательности медленных (порядка см/сек) солитоно-подобных возбуждений были экспериментально установлены в различных материалах по ходу исследований Медленной Уединённой Упругой Волны (МУУВ). В первые годы после обнаружения этой волны [1,2] мы называли её «Волной изменений (оптического) отражения и проводимости» (ВИОП) по предложению Н.А.Пенина, в соответствии с первыми методами её исследования. Хотя об этом явлении известно к настоящему времени довольно много (см. обзоры [3-5]), его физический механизм ещё только разрабатывается (см., например, [6,7]). С уверенностью можно сказать, что природа МУУВ и звука различны, поскольку температурные зависимости их скоростей различаются качественно (одна растёт с температурой, другая - падает) и, к тому же, имеют на 6 порядков различающиеся температурные коэффициенты [7,8].

Одним из наиболее фундаментальных и требующих дальнейших исследований является следующее свойство МУУВ. Однократный возбуждающий импульс (электро-магнитного, корпускулярного излучения или механический) с порогом (1^100) кВт/см2 вызывает в материале целую серию из 1=30 или более уединённых волн - компонентов МУУВ. Они распространяются по материалу каждый со своей постоянной скоростью V\ , значения которой уменьшаются примерно вдвое для последующего 1+1 -го компонента, начиная от продольной скорости звука V (км/сек) до значений много меньше, чем мм/сек. Важно, что на всём интервале изменений скорости, составляющем более 9 порядков, по-видимому, выполняется [3] условие :

V ^ /2 ^Т),. (1)

где F(T) - некоторая функция температуры Т. Реально проверка этого соотношения выполнялась пока только для нескольких групп компонентов МУУВ в разных частях указанного диапазона и для ограниченного набора исследованных материалов. В настоящей серии из двух работ мы проанализируем независимые данные о скоростях МУУВ для одного и того же материала - монокристаллического кремния, полученные разными методами в разных интервалах значения скорости, причём частично с использованием одного и того же образца (см. ниже).

Измерения, проводившиеся в Физическом институте им.П.Н.Лебедева РАН с помощью термопары в качестве детектора волны и СО2-лазера, позволили обнаружить компоненты МУУВ, движущиеся со скоростями в интервале 0,5^10 см/сек. К относящимся сюда результатам [9,10] мы

возвращались на протяжении нескольких лет; их обсуждение и новые данные изложены в первой статье из этой серии.

Диапазон измеренных скоростей компонентов МУУВ был существенно расширен (до ~ 200^1000 см/сек, статья вторая из серии), когда удалось получить информацию о скоростях этих уединённых волн из первичных данных по измерениям теплопроводности кремния с помощью быстрого ИК-детектора и №:УАО- лазера. Эти данные использовались в качестве контроля при измерениях теплопроводности образцов синтетического алмаза [11] и были предоставлены нам, благодаря сотрудничеству, коллегами из Института общей физики им. А.М.Прохорова РАН. Они также предоставили нам один из использованных для измерений образцов кремния, который затем исследовался нами в статье первой.

Задачей исследования, кроме желания ещё раз надёжно подтвердить факт возбуждения компонентов МУУВ в таком важном материале, как кремний, было проверить, будут ли удовлетворять соотношению (1) измеренные независимыми способами и в разных интервалах значения скорости компонентов МУУВ. Это важно знать для разработки механизма явления. Соотношение (1) связывает дискретные значения скорости компонентов МУУВ с продольной скоростью звука для исследуемого материала (а точнее - с соответствующими параметрами этого материала, - через удобное посредство одной табулированной величины - продольной скорости звука).

2.1. СХЕМА ИЗМЕРЕНИЙ.

Схема измерений локальных вариаций температуры поверхности образца с помощью термопары представлена на рис. 1. Для возбуждения МУУВ применялся обычный 10,6 микронный СО2-лазер непрерывного действия. Для получения импульса его излучения длительностью около 300^500 мсек применялся электроуправляемый затвор. Излучение мощностью в несколько ватт фокусировалось ИК-линзой на площадку около 0,25 мм2.

Рис.1

Образец монокристаллического кремния был предоставлен нам коллегами из ИОФ РАН (см. Введение). Нам важно было сравнить результаты регистрации МУУВ и измерения их скоростей двумя разными методиками, частично с использованием одного и того же образца.

К сожалению, ориентация осей этого образца пока не установлена. На лицевую и тыльную стороны образца толщиной 0,92 мм и диаметром 31,8 мм была напылена титановая плёнка (поскольку этот образец использовался в качестве некоторого эталона для градуировки установки по измерению теплопроводности алмазных образцов, на которые необходимо было наносить такую плёнку, см. [11]). В условиях наших опытов титановая плёнка приводила к поглощению возбуждающего ИК-излучения на лицевой поверхности образца; разрушение этой плёнки в результате воздействия ИК-лазерных импульсов, возможно, приводило к изменению условий возбуждения МУУВ.

При изготовлении образца кремния в форме круглого диска специальных требований к контролю окружности не ставилось. К обработке торцевой поверхности диска специальных требований также не предъявлялось, она достаточно шероховата. Лицевая плоская поверхность образца была неполированная, тыльная сторона - полирована.

Для измерения локальных изменений температуры поверхности образца кремния при прохождении компонентов МУУВ, как это уже было проверено на медном образце [12], применялась термопара как весьма надёжный и простой в интерпретации результата измерений тепловой датчик (использовалась пара медь-константан, диаметр проводников 0,1 мм, термопара имела вид шара диаметром ~0,2 мм).

В первой серии опытов, результаты которых опубликованы в [9,10], была использована только одна термопара. Она крепилась с помощью клея БФ в центре образца, на его тыльной стороне, тогда как центр лицевой поверхности облучался импульсом 10,6 микронного СО2 лазера. Сам образец был открыт с лицевой стороны, расположен вертикально и закреплён на теплоизолирующей пластинке тыльной стороной.

Во второй серии опытов, проведенных недавно, были использованы две одинаковые термопары на тыльной стороне того же самого образца в виде диска. Одна из них по-прежнему находилась в центре диска. Другая термопара находилась на расстоянии около 13 мм от центра и в 3-х мм от края диска.

Термопары прикреплялись акриловым лаком к тыльной стороне образца, но на этот раз через слой термопасты, которая обеспечивала улучшение теплообмена. В этой серии опытов образец был помещён в закрытую теплоизолирующую коробку из пенопласта размером 50ммх50ммх20мм с отверстием диаметром 5 мм в крышке коробки для входа возбуждающего лазерного излучения.

Применявшаяся во всех этих опытах система регистрации (Ь-1250 фирмы L-Card) обеспечивала запись в 10 000 точек на канал. В первой серии опытов длительность записи составляла 250 сек с минимальным промежутком времени между моментами измерения в 25 мсек. Во второй серии измерений с той же системой регистрации использовались записи сигналов длительностью 15 сек (1,5 мсек между точками) и 120 сек (12 мсек между точками).

Как видно из рис. 1, с помощью ИК-детектора (ФСГ-22-3) для каждого опыта регистрировалось время подачи лазерного импульса на поверхность образца, форма, а также относительная интенсивность этого импульса.

3.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.2.1. Типичная регистрограмма опытов с одной термопарой и её интерпретация (выявление следов компонента МУУВ со скоростью ~3 см/сек).

На рис. 2a) тонкой сплошной линией представлена 12-секундная часть типичной несглаженной регистрограммы для одного конкретного опыта, имеющей полную длительность записи 250 сек [9]. Локальные вариации температуры тыльной поверхности образца измерялись с помощью термопары (схема на рис. 1). Жирной кривой представлен результат сглаживания по 15 точкам методом быстрого фурье-преобразования. Пунктирная кривая передаёт форму возбуждающего ИК-импульса СО2 -лазера. О величине и характере шумовых колебаний даёт представление приведенный значительный отрезок "нулевой линии". Учёт шумовых колебаний, которые записывались до и после этой серии из 3-х опытов, показал, что его влиянием на величину полученных результатов о скоростях уединённых волн можно пренебречь (этот вывод подтверждается также анализом результатов второй серии опытов, см. ниже).

Всего в этой серии было проведено 6 опытов по регистрации шумов в разное время проведения измерений и 3 рабочих эксперимента, каждый не менее, чем через 30 минут после предыдущего. Это связано с тем, что в исследованиях [13] на примере плексигласа нами было обнаружено накопление солитоно-подобных возбуждений - компонентов МУУВ - в образце, с которым проводили серию быстро следующих друг за другом опытов. Образующееся при этом "насыщение" образца долгоживущими возбуждениями приводит к снижению различимости следов воздействия отдельных компонентов МУУВ на детектор из-за снижения контраста.

Время, сек

Рис. 2a)b)

Как видно из рис. 2я), в течение действия возбуждающего импульса на тыльной стороне образца происходил быстрый рост температуры на величину около 5 градусов. С окончанием действия возбуждающего импульса температура быстро упала до значений меньше одного градуса и при этом на её дальнейшее плавное снижение оказался наложенным какой-то процесс, повторявшийся, по меньшей мере, 4 раза. По нашему утверждению, этим процессом является суммарное воздействие одного или нескольких компонентов МУУВ. (Всю волновую структуру возбуждаемой МУУВ увидеть в условиях одного эксперимента чрезвычайно сложно из-за переналожения результатов воздействия большого числа отдельных компонентов МУУВ).

Рассмотрим отдельный компонент МУУВ, движущийся с некоторой скоростью V- , из всей их последовательности. Возбуждаемая в центре образца волна распространяется в образце толщиной й, отражается от тыльной стороны, возвращается к лицевой стороне и этот процесс повторяется многократно.

Одновременно с периодическим возвращением от лицевой - к тыльной стороне и размещённой там термопаре и примерно с той же скоростью (с учётом анизотропии) указанный компонент распространяется в виде кольца от центра диска и, в том числе, вдоль того радиуса Я образца, на котором размещены датчики. Он достигнет края диска в Я/й раз медленнее, чем противоположной стороны образца (случай движения волн между плоскими поверхностями образца имеет место в экспериментах ИОФРАН [11], которые обсуждаются во второй статье).

Можно думать, что анизотропия монокристаллического образца кремния не скажется на методе измерения, если детекторы располагать на одной линии, проходящей по диаметру диска. Другое дело, что для точного сравнения с величиной продольной скорости звука необходимо знать направление в кристалле, с которым совпадает данная линия с размещёнными на ней датчиками.

Тот факт, что на сглаженной кривой рис. 2а) в обсуждаемой области наблюдается только 4 экстремума, можно объяснить, кроме влияния шумов, результатом наложения следов нескольких компонентов МУУВ, которые маскируют данный компонент (проявляющийся при сглаживании по 15 точкам) на других участках записи. Предлагавшееся в [9,10] объяснение ослабления следов компонентов за счёт «аберрации», накапливающейся ошибки при фокусировке волны в центре диска, по-видимому, неверно, так как в ряде недавних опытов были прослежены более 27 проходов волны из центра диска и обратно, см. раздел 3.2.3.

На рис. 2Ь) представлена предлагаемая нами (х-*)- диаграмма исследуемого волнового процесса - движения некоторого компонента МУУВ между центром образца-диска (где х=Я=0 мм) и его боковой цилиндрической поверхностью (х=К~16 мм). При этом рассмотрении мы пренебрегаем небольшим отличием пути волны к боковой поверхности от центра лицевой, -по сравнению с путём от центра тыльной поверхности образца. Это различие приводит к некоторому размыванию следа волны, который регистрируется термопарой.

Предлагаемая диаграмма построена в предположении, что приход

волны к месту расположения датчика приводит к локальному и временному понижению температуры образца. (Другое возможное предположение, что приход волны приводит к повышению температуры образца, как мы увидим

ниже, не соответствует этой (х-*)- диаграмме, построенной по экспериментальной кривой).

Положения минимумов кривой на рис. 2а), отмеченные затушёванными кружками, перенесены вертикальными линиями на горизонтальную линию х = 0, соответствующую центру диска на рис. 2Ь). Траектория одного и того же компонента МУУВ между экспериментальными точками изображена двумя линиями. Они отображают движение по вертикальному диаметру образца. Сплошная линия соответствует движению нижней части кольца (в виде которого по образцу распространяется исследуемый компонент МУУВ) вниз по радиусу от центра, пунктирная - движению другой, верхней части кольца -вверх от центра. Как видно на рис. 2Ь), траектории неплохо соответствуют постоянной скорости волны между экспериментальными точками (то есть между моментами фокусировки кольца в центре диска). Это означает также, что, практически, отсутствуют потери в скорости волны при отражении от боковой цилиндрической поверхности образца.

Если теперь экстраполировать обе траектории к моменту подачи лазерного импульса, то видно, что обе они при * = 0 сходятся в центре диска при х = 0. Тем самым подтверждается сделанное нами выше предположение, что приход волны МУУВ вызывает понижение температуры на поверхности образца кремния. Амплитуду изменения температуры в волне, судя по кривой Рис. 2a), можно оценить как величину -ДТ~ 0,1 К.

Можно отметить также, что (х-*)- диаграмма, приведенная на рис. 2Ь), соответствует тому факту, известному и из других наших исследований МУУВ, что зарождение МУУВ происходит в момент времени, соответствующий переднему фронту возбуждающего импульса.

Измеренное значение скорости составляет и = 2,74 см/сек.

3.2.2. Типичная регистрограмма опытов с двумя термопарами и её интерпретация (подтверждение следов компонента МУУВ со скоростью ~3 см/сек).

Рассмотренная выше схема измерений с одной термопарой в центре образца в форме диска [9.10] и наша интерпретация записей, полученных с её помощью, которая приводит к выводу о регистрации в этих опытах новых нелинейных упругих волн, вызывали определённое недоверие при обсуждении на конференциях, где докладывалась работа. Действительно, если отвлечься от большого накопленного нами опыта работы по исследованию МУУВ, предлагаемый сценарий с генерацией волн в центре диска после лазерного облучения, «разбеганием» и фокусировкой уединённых упругих волн при отражении от окружности диска был основан (в случае данной регистрограммы) только на факте появления нескольких повторяющихся и регулярных вариаций температуры в центре диска.

С целью проверки полученных результатов и повышения надёжности их интерпретации нами были предприняты дополнительные опыты с двумя термопарами. Они проводились с использованием того же самого образца, в основном, по той же схеме (термопара в центре диска), но с добавлением одновременных измерений с помощью второй термопары, находящейся на одном из радиусов вблизи края диска. Это позволяет проследить за движением волны от центра к наружному краю диска и обратно. В результате

увеличивается достоверность расшифровки записей (теперь двух), которые дают информацию о процессе распространения уединённой волны.

Рис. 3a)b)c)

На рис. 3a) представлен типичный набор трёх записей сигналов, полученных по новой схеме измерений. Внизу представлена запись Ь положения и формы лазерного импульса для одного из опытов, полученная с помощью ИК-детектора. Кривая М представляет запись сигнала термопары, размещённой в центре диска, аналогичную кривой, приведенной на рис. 2a), которая показывает вдвое более высокий, чем в первой серии опытов, нагрев образца. Кривая N представляет запись сигнала термопары в 3 мм от края диска.

На рис. 3Ь) показана наиболее интересная часть рисунка 3a) в таком масштабе изменения температуры, который позволяет рассмотреть модуляции температурной записи, рассматриваемые нами как результат воздействия компонентов МУУВ. В отличие от первой серии опытов, где 10 000 точек приходились на запись длительностью 250 секунд, теперь с этим же количеством точек зарегистрированы вариации температуры в течение первых 15 секунд. Поэтому усреднение на этот раз производилось по 240 точкам. В результате несколько колебаний с периодом около 0,8 сек, того же характера, что и на рис. 2а), были зарегистрированы на кривой М гораздо более надёжно, и их число увеличилось с четырёх до шести. Амплитуда изменения температуры в волне, судя по кривой Рис. 3Ь), составляет ту же величину около —Д^ 0,1 К, что и в первой серий опытов [9,10]. При этом нагрев тыльной стороны образца теперь оказался вдвое выше, чем в первой серии. Возможно, это связано с разрушением титановой плёнки на образце, о чём мы уже упоминали и на что будет обращено внимание в продолжающихся исследованиях.

В этой серии опытов сигналы записей М и N сначала усреднялись для 5 опытов, проведенных последовательно (с промежутками времени около 5 минут для некоторой релаксации возбуждённых волн в результате их затухания при

многократном прохождении через образец). Затем из них вычитался шум, усреднённый также по 5 записям (3 перед опытами и 2 в конце серии). Условия этих записей шума ничем не отличались от условий, при которых производились записи с термопар в опыте, кроме того, что лазерное излучение не попадало на образец. Специальная проверка показала, что если использовать усреднённую по тем же пяти опытам запись температуры без учёта шумов, то при сохранении общего характера этой кривой становятся неразличимыми два крайних минимума.

На рис. 3с) приведена (х-*)- диаграмма, построенная по данным, содержащимся на кривых М и К, в тех же предположениях, что и ранее для рис.2Ь). Из этой диаграммы видно, что, как и в первой серии опытов [9,10] минимумы температуры (теперь их шесть вместо четырёх) хорошо соответствуют траекториям волны, двигавшейся с постоянной скоростью от центра и без потерь скорости отражавшейся от цилиндрической окружности -границы образца, чтобы собраться в одну точку в центре, где и возникали несколько раз однотипные минимумы температуры. При этом новыми данными, целиком подтверждающими такую расшифровку вариаций температуры на кривой М, являются положения минимумов температуры на кривой N. Как видно, они достаточно хорошо соответствуют тому, что приходящая от центра волна вызывает понижение температуры в 3 мм от края диска, затем отражается от края и снова проходит через ту же термопару. Правда, пока не удаётся чётко зафиксировать здесь дублетные, сдвоенные минимумы. Это снижение разрешения происходит, по-видимому, из-за того, что размер уединённой волны близок к расстоянию между второй термопарой и краем диска, а также в результате суммирования пяти опытов с несколько различающимися скоростями волн. В результате второй и последний минимумы на кривой N соответствуют некоторому среднему времени между приближением волны к краю диска и уходом от него; первый и третий лучше соответствуют времени прихода, а четвёртый - ухода волны от края диска.

Экстраполированные к моменту * = 0, обе траектории хорошо сходятся в одну точку при х = 0, что подтверждает правильность построения (х-*)-диаграммы на рис. 3с).

Измеренное значение скорости составляет и\ = 3,70 см/сек.

3.2.3. Анализ регистрограммы опытов с двумя термопарами с целью выявления компонентов МУУВ с другими скоростями.

Наличие усреднённой (и без влияния шумов) 15-секундной записи вариаций температуры с 10000 отдельных значений (эта запись была использована для построения рис. 3 я)Ь)с)), позволило извлечь информацию о возбуждении в образце кремния в наших условиях ещё одного компонента МУУВ со скоростью, примерно в четверо большей, чем обсуждавшаяся до сих пор.

На рис. 4я) представлен начальный участок рис. 3я), на котором те же кривые М и N приведены как в исходном, не сглаженном виде (тонкими пунктирными линиями, сильно зашумлённые), так и сглаженные по ~100 точкам (жирными линиями). Как отмечено выше, на рис. 3я) анализировались кривые с усреднением по 240 точкам.

Как показывает (х-/)- диаграмма на рис. 4^, построенная описанным выше способом, минимумы, имеющиеся на кривой М в районе между полутора и тремя секундами после подачи импульса, соответствуют траекториям компонента МУУВ со скоростью и =11,9 см/сек. Имеется, хотя и не такое хорошее, соответствие диаграмме и для минимумов на кривой N. При этом экстраполяция траекторий к моменту подачи импульса вполне удовлетворительная. Это означает, что исходное предположение о снижении температуры при прохождении волны через датчик здесь также справедливо (иначе экстраполяция к точке х = 0 не имела бы места). Амплитуду изменения температуры в волне можно оценить как величину ~0,1 град.

Дополнительная серия из 5 недавно проведённых опытов с двумя термопарами и с развёрткой 120 сек при аналогичной обработке и представлении результатов в виде (х-/)- диаграммы, исходя из тех же предположений, позволила получить данные о компоненте МУУВ, который также без заметного затухания прошёл 27 раз от центра образца и обратно за время 91,3 сек. Его скорость, измеренная по последним 12 проходам, составила и =0,47 см/сек, и амплитуда снижения температуры оценивается в 0,03град.

3.2.4. Результаты измерения скорости и и их обсуждение.

Ошибка в измерении скорости компонентов МУУВ оценивается нами в

15%.

В первой серии опытов, см. рис. 2Ь), результаты которой опубликованы в [9,10], средняя (за 10 проходов, считая от начала движения) скорость волны составляет и = 2,74 см/сек при амплитуде снижения температуры, ^^0,1^

Во второй серии опытов, которая, как показано, имеет основания для более надёжной интерпретации хода экспериментальных кривых, и результаты

которой представлены на рис. 3Ь), скорость волны - компонента МУУВ определялась также по 10 полным проходам по радиусу (от центра и обратно), но не от момента возбуждения волны, а спустя 6 проходов (см. рис. 3 Ь)). Найденная скорость волны составляет и, = 3,70 см/сек. При этом средняя по всем 16 проходам скорость волны оказывается несколько выше, 3,74см/сек. Это означает, что волна испытывает некоторое замедление в результате отражений (которое можно оценить как 0,4% на одно отражение). Амплитуда снижения температуры составила и здесь —ДТ~0,1К. Если просто усреднить результаты измерения (для одного образца) по двум сериям, проведенным с интервалом в 4 года, то они будут отличаться на 15% от среднего значения. Дополнительный анализ второй серии опытов (см. рис. 4Ь)) позволил найти следы компонента МУУВ, имеющего скорость и, =11,9 см/сек. Амплитуду изменения температуры в волне можно оценить как величину —ДТ~0,1 К. Дополнительная серия с развёрткой 120 сек дала возможность найти скорость компонента МУУВ, измеренную по последним 12 проходам (из 27), равную V\ =0,47 см/сек при амплитуде —ДТ~ 0,03 К.

До тех пор, пока не разработан физический механизм МУУВ, для классификации наблюдённых компонентов МУУВ по измеренным значениям скоростей, каждому из них можно приписать, в соответствии с выражением (1), некоторый номер компонента, I. Этим самым мы устанавливаем определённую связь между его скоростью и, - формально,- скоростью продольного звука в материале, которая сама зависит от свойств среды.

В данном случае нам неизвестна ориентация осей исследованного монокристаллического образца кремния, но для наших целей можно исходить из максимального значения продольной скорости звука VI тлх =1 =9,85x10 см/сек, которое превышает минимальное значение vjmm=vl <101> всего на 15%

[14].

Поэтому наблюдённым в настоящей работе (а также в [9,10]) компонентам МУУВ, согласно выражению (1), можно приписать номера, соответственно, 18; 16 и 21:

иехрегш = 2Л4 см/сек = 0.73 vl ™Х /(2)18 = 0.73 и18 са1с'тах =0.85 и18 са1с'т1п;

иехреНт = 3.70 см/сек = 0.98 vlт£1Х /(2)18 = 0.98 и18са1с'тах = 1.15 и18са1с'т1п ;

Vехрегт = п 9 см/сек = 0.79 VI т£1Х /(2)16 = 0.79 и16са1с'тах = 0.93 и16са1с'тЫ ;

иечклт = 0.470 см/сек = 1.00 vl т£1Х /(2)21 = 1.00 и21 са1с'тах =1.18 и21 са1с'тЫ .

ВЫВОДЫ.

Представленные результаты надёжно подтверждают возбуждение трёх компонентов МУУВ с дискретными скоростями в интервале приблизительно от 10 до 0,5 см/сек в монокристаллическом кремнии. Результат работ [9,10], где сообщалось о наблюдении компонента МУУВ со скоростью около 3 см/сек, подтверждён в дополнительных опытах и с одновременным измерением скорости на двух участках того же образца.

Измеренные с помощью термопар в этом интервале значения скоростей компонентов МУУВ удовлетворяют соотношению (1). Поэтому можно утверждать, что в описанных опытах с монокристаллом кремния с ошибкой около ±25% были зарегистрированы шестнадцатый, восемнадцатый и двадцать первый компоненты медленной уединённой упругой волны (МУУВ) со скоростями 11,9; 3,70 (2,74); 0,47 см/сек. Величина ошибки только

уменьшится, если станут известны кристаллические направления в используемом образце и в выражение (1) будут подставлены конкретные табличные значения продольной скорости звука.

Знак вариации температуры для этих трёх компонентов наблюдённых уединённых упругих волн, распространяющихся в кремнии, надёжно установлен как отрицательный, что соответствует волнам разрежения. Амплитуду изменения температуры в волне можно оценить как величину —ДТ~0,1 К для 16-го и 18-го и как —ДТ~ 0,03 К для 21-го компонентов МУУВ.

Как видно из (х-*)- диаграмм для трёх разных компонентов МУУВ, знак волны не меняется при отражениях от свободной границы образца (падает на границу волна разрежения и отражается от неё опять волна разрежения).

Потери скорости компонентов при отражении от границы образца малы, что обуславливает их стабильность и сравнительно долгое время существования в образце (у каждого компонента - своё время «жизни»). Для 18-го компонента теряется в скорости около 0,4% на одно отражение и прослеживаются 16 его проходов, а для 21-го компонента наблюдены 27 проходов по образцу от центра к краю и обратно.

Зарождение всех зафиксированных компонентов МУУВ (начало их движения) происходит в один и тот же интервал времени, соответствующий переднему фронту возбуждающего импульса.

При измерениях с одной или несколькими дополнительными термопарами, размещёнными на одной линии вдоль некоторого диаметра диска обходится вопрос о влиянии на измерения анизотропии образца, которая, по-видимому, в соответствии с (1), должна приводить к различию скоростей по разным направлениям. Отсюда на будущее возникает интересная задача измерения скоростей компонентов МУУВ по разным направлениям кристалла, желательно с предварительно установленной ориентацией направлений в исследуемом образце.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят А.И.Власова, В.И.Конова, В.С.Ральченко за сотрудничество в исследовании МУУВ, предоставление образца кремния вместе с неопубликованными первичными данными по измерениям

теплопроводности этого образца. Авторы благодарны [А.М.Прохорову

и

А.М.Балдину| за интерес к исследованиям и поддержку. Работа выполнена при

частичной финансовой поддержке РФФИ, последний проект 00-02-17249-а).

ЛИТЕРАТУРА

1. E.M.Kudriavtsev, S.D.Zotov, V.V.Krivov, E.N.Lotkova, Yu.I.Rybalko, "Reflection and conduction wave in HTSC after IR laser irradiation", Material Research Society - Meeting of Fall'92, Book of abstracts, H3, 25, Boston, USA, 1992

2. E.M.Kudriavtsev, S.D.Zotov, V.V.Krivov, M.Autric, "Reflection and conduction wave in ceramic HT SC after IR laser irradiation pulse", Physica C, vol. 234-240, pp.1439-1440 (1994).

3. E.M.Kudriavtsev. "Thermal solitons in the laser-surface interactions". High-Power Laser Ablation, Claude R.Phipps, Editor, Proceedings of SPIE Vol.3343, pp.411422, 1998.

4. Kudriavtsev Eugene. "Solitonic type excitations in laser- condensed matter interaction: additional proof by independent publications". High - Power Laser Ablation III, Claude R. Phipps Editor, Proc.of SPIE, Vol. 4065, pp. 411-424, 2000.

5. E.M.Kudriavtsev, " Sequence from many solitary elastic waves With discrete, twice downward decreasing, Starting from a speed of sound, velocities excited by a single-pulse in condensed matters". Proc. of Xlll-th Sess. of Russ. Acoust. Soc., v.1. Physical acoustics. Propagation and diffraction of waves. pp. 204-207, Moscow, GEOS, 2003. http://rao.akin.ru/rao/sess13/sect1f.htm.

6. В.И. Емельянов, А.В. Рогачева, Лазерно-возбужденные медленные дефектно-деформационные солитоны в твердых телах с постоянным градиентом деформации, Известия Академии наук. Серия физическая (2002), том 66, №8, с.1074-1077.

7. E.M.Kudriavtsev, V.I.Emel'yanov, V.V.Krivov, E.N.Lotkova, S.D.Zotov, M.Autric, "Dislocation migration activation energies for HTSC ceramics from temperature dependence of the solitonic wave of change in reflection and conduction", Physica C (2000), vol. 341-348, pp.1853-1854.

8. E.M.Kudriavtsev, S.D.Zotov, V.V.Krivov, M.Autric, "Temperature dependence of the velocity of the wave of reflection and conduction in NdCeCuO, YBaCuO and LaSrCuO", Physica C (1997), vol. 282-287, pp.1145-1146.

9. E.M.Kudriavtsev, S.D.Zotov, "Discrete speeds of slow soliton-like excitations in a single crystal of silicon (comparison of experimental results with the data of other works)". Fourth Intern. Conf. Single Crystal Growth and Heat and Mass Transfer (ICSC-2001), Proceedings, Vol.3, pp.596-604 (Obninsk 2001).

10. E.M.Kudriavtsev, "Experiments demonstrate the excitation in condensed matter of the slow solitary elastic waves with discrete velocities". 11-ая Международная конференция "Рассеяние фононов в конденсированных средах" (Фононы-04) (С-Петербург, 2004г, Book of abstracts, pp.113-114).

11. V.Ralchenko, A.Vlasov, I.Vlasov, B.Zubov, A.Nikitin, A.Khomich. Spatial distribution of thermal conductivity of diamond wafers as measured by Laser Flash Technique. Lasers in Synthesis, Characterization, and Processing of Diamond, Vitaly I.Konov, Victor G.Ralchenko, Editors, Proceedings of SPIE, Vol. 3484, pp.214-221, 1997.

12. E.M.Kudriavtsev, A.V.Varava, A.V.Dedov, A.T.Komov. Observation of Slow Components of Solitonic-Type Wave Structure Excited by e-Beam in Massive Copper Sample. JINR Rapid Communications № 5,6 [97]-99, pp. 13-21, 1999г.

13. E.M.Kudriavtsev, S.D.Zotov, M.Autric, "Slow components of solitonic wave of change in reflection and conduction excited by CO2 laser pulse in plexiglas: experiments with IR detector", in: "Gas Flow & Chemical Lasers and High Power Laser Conference", Proceedings of SPIE, Vol.4184 (2001), pp.494-497.

14. Акустические кристаллы. Справочник. /А.А.Блистанов, В.С.Бондаренко, Н.В.Переломова и др.; под ред. М.П.Шаскольской. Москва, Наука, 1982.