Високочастотне електромагнітне збудження звуку в провідних та магнітних структурах

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР ім. Б.І. ВЄРКІНА

УДК 534.2+ 534.8+ 537.868

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

Високочастотне електромагнітне збудження звуку в провідних та магнітних структурах

01.04.07 - Фізика твердого тіла

Хижний Валерій Іванович

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, Оболенський Михайло Олександрович завідувач кафедри фізики низьких температур Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна МОНМС України, м. Харків;

доктор фізико-математичних наук, професор, Мамалуй Андрій Олександрович завідувач кафедри загальної та експериментальної фізики Національного технічного університету «ХПІ» МОНМС України, м. Харків;

доктор фізико-математичних наук, професор, Булгаков Олексій Олександрович старший науковий співробітник відділу радіофізики твердого тіла Інституту радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, м. Харків.

Захист відбудеться «18» жовтня 2011 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.175.03 при Фізико-технічному інституті низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України за адресою: 61103, м. Харків, пр. Леніна, 47.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ФТІНТ ім. Б.І. Вєркіна НАН України (м. Харків, пр. Леніна, 47).

Автореферат розісланий « 15 » вересня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 64.175.03 доктор фізико-математичних наук, професор Сиркін Є.С.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Дисертація присвячена дослідженню проблеми безконтактного електромагнітного збудження звуку (ЕМЗЗ) в твердих тілах. Пряме перетворення електромагнітних та звукових хвиль у твердотілих структурах є фундаментальним фізичним явищем. Його вивчення дає нові відомості не лише про самі процеси трансформації хвиль, але і про тонкі фізичні характеристики об'єкту досліджень, що виступає в даному випадку в ролі перетворювача електромагнітної енергії в пружну.

У роботі представлені результати: низькотемпературних досліджень лінійного і нелінійного ЕМЗЗ в надчистому нормальному металі - вольфрамі; вивчення ефекту електроакустичної конверсії в напівпровідникових Si/SiGe гетероструктурах з різним змістом атомів Ge; досліджень магнітоакустичних ефектів і явища ЕМЗЗ в антиферомагнетику (АФ) із слабким феромагнетизмом (ФМ) - бораті заліза.

Високочастотне ЕМЗЗ в металах при низьких температурах, передусім, визначається властивостями деформаційного потенціалу, внаслідок чого дослідження його особливостей дає широку можливість для вивчення параметрів електрон - фононних взаємодій. Деформаційний механізм ЕМЗЗ відіграє визначальну роль в умовах, коли довжина вільного пробігу носіїв заряду істотно перевершує довжину хвилі звуку, а частота електромагнітного поля перевершує частоту релаксації носіїв - нелокальний режим ЕМЗЗ.У металі із складною поверхнею Ферми (ПФ) ця область ЕМЗЗ залишалася практично не вивченою.

Нелокальний режим ЕМЗЗ у вольфрамі реалізується в довгохвильовій області гіперзвукового діапазону частот (? 300 Мгц). У цій області також дуже цікаво вивчити прояви анізотропії поверхні Ферми вольфраму в ефектах лінійного ЕМЗЗ.

Раніше були теоретично передбачені нелінійні ефекти генерації другої гармоніки звуку ^[1,2]. Нелінійність у ньому пов'язана з самовпливом змінного магнітного поля в скін-шарі на струм. Такий механізм нелінійності називають магнітодинамічним. Експериментальне виявлення та вивчення нелінійної генерації звуку в нелокальному режимі в металі також є актуальним завданням.

ЕМЗЗ в середовищах, що проводять, знайшло широке застосування в техніці неруйнівного контролю матеріалів. Можливість отримання інформації про механічні властивості контрольованих виробів без створення з ними безпосереднього акустичного контакту відповідає вимогам сучасного високотехнологічного виробництва.

Фізичні властивості напівпровідникових гетероструктур (ГС) з квантовою ямою і нові фізичні явища в двовимірному (2Д) електронному (дірковому) газі притягають істотний інтерес багатьох дослідницьких лабораторій світу. Цей інтерес обумовлений і тим, що вони нині практично змінили всю елементну базу сучасної мікроелектроніки.

Модуляційно-леговані Si/Si_1-xGe_x ГС привертають особливу увагу дослідників. Це пов'язано з двома причинами: їх відносною дешевиною, та їх інтегрованістю в кремнієві технології. Високоякісні і в той же час дешеві дискретні компоненти та інтегральні мікросхеми НВЧ - діапазону на базі Si/Si_{1 - x}Ge_x ГС вже поколивали нещодавню монополію напівпровідникових з'єднань А^IIIB^V.

Один з ключових параметрів, який визначає швидкість перемикання таких приладів (наприклад, SiGe - транзистор на ефекті поля тощо)- це рухливість двовимірних (2Д) носіїв заряду в ГС. Тому вивчення механізмів розсіяння, яке обмежує рухливість носіїв, дуже важливо. Є декілька не прямих експериментальних доказів і теоретичних розрахунків впорядкування атомів Si та Ge в (111) напрямі і розсіяння на п'єзопотенціалі 2Д дірок при Т< 4.2 К в напружених шарах Si_{1 - x}Ge_x, вирощених на (001) Si підкладці ^[3]. Пряме спостереження п'єзоефекту в напружених шарах SiGe представляє істотний інтерес, оскільки, зокрема, розсіяння на п'єзопотенціалі носіїв заряду обмежує їх рухливість навіть в ідеальних ГС.

Другий можливий механізм, що призводить до генерації звуку пов'язаний з тим, що для напівпровідникових ГС і надграток, поміщених в зовнішнє ВЧ-поле Е, за умови щ ф <1 (де щ - кутова частота акустичної хвилі, ф - час вільного пробігу носіїв заряду) кулонівські сили, діючі на неоднорідний розподіл зарядів в областях гетеропереходів можуть бути джерелом акустичних коливань кристалічної решітки вже в лінійному наближенні за зовнішнім полем Е ^[4,5]. Цей механізм повинен мати місце в усіх модуляційно-легованих ГС, що мають квантові ями з 2Д носіями заряду. Практично, використання цих ефектів дає можливість збуджувати об'ємний і поверхневий звук без безпосереднього контакту з поверхнею структури, що є новим лабораторним методом як для експрес аналізу, так і вивчення фізичних властивостей таких напівпровідникових систем. Таким чином, вивчення механізмів електроакустичної конверсії в напівпровідникових Si/Si_{1 - x}Ge_x ГС і на його основі побудова адекватної фізичної моделі є актуальною і важливою проблемою.

Експериментальні і теоретичні дослідження магнітопружних і електромагнітних властивостей АФ відносяться до фізики магнітоупорядкованих структур, що продовжує бурхливо розвиватися. Інтерес до цих досліджень пояснюється, принаймні, частково, різноманітністю фізичних ефектів, які реалізуються в антиферомагнітній фазі і її поширеністю.

У роботі вивчаються властивості борату заліза FeBO₃ - АФ діелектрика, кристалічна решітка якого описується просторовою групою D_3d⁶. FeBO₃ є благодатним модельним об'єктом численних досліджень. Він має такі фізичні характеристики: висока температура переходу в АФ фазу Т_N= 348 К і, відповідно, величезне ефективне поле однорідного обміну H_E ~300 Tл, крім того, цей кристал має спонтанну намагніченість за рахунок поля Дзялошинського Н_D ~ 10 Tл і прозорий в оптичному діапазоні.

Висока температура Т_N і величезне ефективне поле однорідного обміну призводять до великої величини магнітопружного (МУ) - зв'язку в бораті заліза. Можна припускати, що цей антиферомагнетик, завдяки своїм унікальним фізичним характеристикам, в перспективі складе конкуренцію такому широко використовуваному нині матеріалу мікрохвильової техніки, як ітрій - залізистий гранат.

Магнітна симетрія борату заліза (наявність центру інверсії) допускає існування слабкого феромагнетизму, а також п'єзомагнетизму. Слабкий феромагнетизм до теперішнього часу досліджений досить детально, цього, проте, не можна сказати про п'єзомагнетизм, експериментальне і теоретичне вивчення якого по суті обмежується піонерськими роботами Боровика-Романова і Дзялошинського, виконаними більше 40 років тому. П'єзомагнетизм раніше вважався малою добавкою до МУ енергії кристала борату заліза. Експериментальне виявлення в цій роботі пом'якшення немагнітної поперечної акустичної моди в малих магнітних полях, електромагнітної генерації подовжнього звуку, а також резонансного магнітоакустичного ефекту на подовжньому звуці у високоякісних базисних пластинках FeBO₃ вказують на те, що за певних умов, внесок в МУ зв'язок п'єзомагнетизму є визначальний.

Залишалися також не вивченими динамічні прояви ефекту МУ зв'язку в АФ такі, як лінійне двопроменезаломлювання звуку в умовах впливу на магнітний стан реального кристала FeBO₃ механічних граничних умов та інші ефекти.

Як вважає автор, виявлені фізичні явища сильного МУ зв'язку в кристалах борату заліза в перспективі можуть бути використані в роботі датчиків, що "зв'язують" механічні та магнітні поля.

Таким чином, усе викладене вище свідчить про актуальність теми дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, які представляють основу дисертації, виконувалися відповідно до наукових планів Інституту радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України у рамках науково-дослідних робіт, заданих рішенням Президії НАН України : «Исследования нелинейных акустических процессов в твердых телах с целью создания гиперзвуковых устройств с высокой фазовой стабильностью» (шифр «Литий», 1983-1987 гг., № Держ. реєстрації 01.83.0062086, виконавець); «Исследования акустических явлений в твердых телах на СВЧ, обусловленных электрон-фонон-ным взаимодействием» (шифр «Александрит», 1988-1992 гг. № Держ. реєстрації 0188.0078395, відповідальний виконавець); «Гиперзвуковые и электромагнитные СВЧ исследования регулярных и стохастических динамических явлений в кристаллах при низких температурах» (шифр «Кварц» 1993-1997 гг., № Держ. реєстрації 0195U006460, відповідальний виконавець); «Дослідження регулярних і стохастичних динамічних процесів в конденсованих середовищах за допомогою нових гіперзвукових і електромагнітних методів » (шифр «Топаз» 1998-2000 гг., № Держ. реєстрації 01.98U001475, відповідальний виконавець); «Дослідження взаємодії електромагнітних і акустичних полів, а також електронних пучків з твердотілими і біологічними структурами» (шифр «Структура» 2001-2003 гг., № Держ. реєстрації 0102U003139, відповідальний виконавець); «Дослідження електромагнітних та акустичних явищ НВЧ діапазону в твердих тілах» (шифр «Кентавр-2» 2001-2003 гг., № Держ. реєстрації 0100U006335, відповідальний виконавець); «Дослідження регулярних та стохастичних явищ, що обумовлені взаємодією електромагнітних хвиль і потоків заряджених часток в речовині» (шифр «Кентавр-3» 2002-2006 гг., № Держ. реєстрації 0103U002260, відповідальний виконавець); «Дослідження лінійних та нелінійних властивостей твердотілих структур із застосуванням електромагнітних хвиль НВЧ діапазону і заряджених часток» (шифр «Кентавр-4» 2006-2011 гг., № Держ. реєстрації 0106U011978, відповідальний виконавець). Роботи автора також підтримувалися національним фондом ДФФД шифр «Борат» №2/624 - «СВЧ магнитные возбуждения высокотемпературных антиферромагнетиков и физические основы их использования в устройствах мм и суб-мм электромагнитных волн» (1992-1993 г.), а також міжнародними - STCU №346 «Investigation of regular and stochastic dynamical pro-cesses in crystalline matters by means of new hypersonic and electromagnetic methods» (ЕС, США, Канада, 1998-1999 гг.), INTAS № 93-1403 «2DE(H)G investigation in semiconductor heterostructures » (ЕС, 1993-1994 гг.) , ISF94 «For the top level of citation index» (США, 1994).

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у розв'язанні важливої наукової проблеми - визначенні основних фізичних механізмів і закономірностей, що лежать в основі конверсії електромагнітних і акустичних хвиль в структурах, що проводять, і магнетиках, а також встановленні особливостей, які супроводжують процес збудження акустичних хвиль в області частот гіперзвукового діапазону і структурах з різним типом провідності.

Для досягнення цієї мети необхідно вирішити такі наукові завдання:

- розробити методи дослідження акустичних властивостей металів, магнітних діелектриків і напівпровідникових гетероструктур на основі використання електромагнітно - акустичного перетворення в області частот довгохвильового гіперзвукового діапазону і, таким чином, перетворити ефект безконтактної генерації звуку на новий інструмент фізичних досліджень;

- провести детальне експериментальне дослідження явища електромагнітного збудження звуку і пов'язаних з ним ефектів в металі, напівпровідникових Si/SiGe гетероструктурах з квантовою ямою, в антиферомагнетику із слабким феромагнетизмом - бораті заліза;

- розробити фізичні моделі уперше виявлених в роботі явищ конверсії електромагнітних і пружних полів, а також акустичних ефектів у вольфрамі, бораті заліза і напівпровідникових Si/SiGe гетероструктурах; провести аналіз експериментальних результатів на основі запропонованих фізичних моделей.

Об'єкт дослідження - процес перетворення електромагнітних і акустичних хвиль в твердотілих структурах.

Предмет дослідження - електромагнітна генерація звуку гіперзвукового діапазону частот в твердотілих структурах з різним типом провідності і її фізичні характеристики.

Методи досліджень - експериментальне вивчення прямого перетворення електромагнітних хвиль в акустичні гібридним високочастотним акустичним методом, а також стандартними методами високочастотної акустики - виміри коефіцієнта проходження і дисперсії швидкості звуку в твердих тілах; комп'ютерне моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. У роботі вперше експериментально виявлені і встановлена низка нових, раніше невідомих фізичних закономірностей ефекту лінійної і нелінійної електромагнітної генерації звуку в металі, електроакустичних ефектів в напівпровідникових ГС і магнітоакустичних явищ в АФ із слабким ФМ. При цьому отримані такі нові наукові результати:

1. Вперше на частотах 400ч600 Мгц, при Т= 4,2 К, в умовах сильної просторової і часової дисперсії, виявлений і вивчений ефект електромагнітного збудження поперечного звуку в пластині надчистого металу вольфраму із складним законом дисперсії електронів, пов'язаний з деформаційним механізмом взаємодії електронів з коливаннями кристалічної решітки. Вперше виявлено, що в нормальному до поверхні зразка W магнітному полі сигнал ЕМЗЗ є інтерференцією акустичних коливань двох типів: звукової моди, що поширюється із швидкістю звуку в металі і швидкої звукової моди, фазова швидкість якої близька до ферміївської швидкості електронів провідності. Вперше виявлені: 1) осциляції генерованого звукового сигналу в магнітному полі Н з постійним періодом, обумовленим балістичним перенесенням енергії електромагнітної хвилі вглиб металу виділеними електронними групами; 2) резонансні зміни амплітуди осциляцій в полі Н діамагнітного резонансу.

2. Вперше експериментально встановлено, що в чистому металі W при гелієвих температурах, за відсутності зовнішнього магнітного поля, електромагнітні НВЧ сигнали (~ 500 Мгц) можуть поширюватися на відстані, що істотно перевищують глибину скін-шару. Ефект аномальної прозорості металу обумовлений наявністю топологічних особливостей ПФ металу - локальних сплощень.

3. Вперше експериментально виявлено, що в нелокальній межі, в нормальному до поверхні зразка W магнітному полі, анізотропія енергетичного спектру електронів і тензора деформаційного потенціалу носіїв заряду призводять до електромагнітної генерації подовжнього звуку в умовах поперечного накачування.

4. Вперше виявлений передбачений теоретично ефект нелінійної генерації звуку подовжньої поляризації на подвоєній частоті (346 Мгц) електромагнітного поля поперечного накачування, який обумовлений самовпливом змінного магнітного поля накачування на збуджуваний їм струм в скін - шарі. Отримані дані про особливості і механізми нелінійної генерації звуку в зовнішньому постійному магнітному полі.

5. Вперше виявлений ефект електроакустичної конверсії в когерентно - напружених модуляційно легованих SiGe/Si ГС з квантовою ямою. Встановлено, що температурна залежність ефективності електроакустичної конверсії в Si_1-x Ge_x/Si ГС визначається параметрами зразка і просторовим розподілом ВЧ- електричного поля, що збуджує звук. Виявлена істотна залежність ефективності конверсії ВЧ електричного поля в звукову хвилю при малих змінах концентрації атомів Ge (Дx ? 0,02), що пов'язано з пьезоактивністю шару SiGe при x ? 0,12. Вперше в SiGe/Si ГС виявлений "ефект поля", що полягає в істотному збільшенні амплітуди генерованого звуку при додатку зворотного електричного зміщення до зразка. Показано, що цей ефект обумовлений зменшенням концентрації носіїв заряду квантової ями.

6. Запропонований теоретичний опис механізму електроакустичної конверсії в ГС з модуляційним легуванням і проведений розрахунок температурної залежності амплітуди генерованої подовжньої звукової хвилі, що знаходиться в якісній згоді з експериментом.

7. Вперше експериментально виявлений ефект пом'якшення немагнітної поперечної акустичної моди у бораті заліза при Т= 77 К, в малих магнітних полях. Показано, що спостережуваний ефект пов'язаний з п'єзомагнітним вкладом в МУ енергію кристала, який раніше вважався зневажливо малим і в бораті заліза не досліджувався.

8. У "ізометричному" зразку борату заліза вперше виявлений і досліджений магнітоакустичний ефект двопроменезаломлювання (ДП) - осциляцій Гакеля - Турова (ОГТ). Показано, що існуюча теорія магнітного лінійного ДП звуку в тригональним АФ кристалі не дає задовільного опису експериментів у бораті заліза. Сформульована проста фізична модель: механічні граничні умови призводять до виникнення у базисній площині кристала неоднорідної одновісної магнітної анізотропії, що убуває від поверхні вглиб зразка. Вперше експериментально виявлена тонка структура ефекту ОГТ. Запропонована модель блокової структури зразка FeBO₃. Показано, що спостережувана в малих магнітних полях неповна відтворюваність тонкої структури кривих ОГТ може бути пояснена ефектом Баркгаузена. Виявлена тонка структура амплітудо - частотної характеристики для поперечного звуку, що знайшла своє пояснення у рамках запропонованої моделі наведеної базисної анізотропії і блокової структури "ізометричного" зразка FeBO₃.

9. У тонких базисних пластинках борату заліза експериментально виявлений ефект електромагнітного збудження подовжнього і поперечного звуку в довгохвильовій області гіперзвукового діапазону частот. Ефект генерації подовжнього звуку в АФ FeBO₃ виявлений вперше. Генерація звуку подовжньої поляризації пояснена п'єзомагнітною добавкою до МУ енергії борату заліза і вкладом у збудження подовжнього звуку пульсаційних коливань доменних меж блохівського типу.

10. Уперше виявлені резонансні особливості амплітуди і фази коефіцієнта проходження подовжнього звуку в однодоменному стані зразка борату заліза. Запропонована фізична модель спостережуваних резонансів, заснована на уявленні про резонансну взаємодію подовжнього звуку з магнітною модуляційною структурою (ММС). На основі запропонованої моделі проведено чисельне моделювання взаємодії подовжнього звуку з ММС що знаходиться в якісній згоді з даними експерименту. Вперше вивчені азимутні магнітопольові залежності коефіцієнта проходження подовжньої акустичної хвилі в пластинці борату заліза. Виявлена залежність азимутної анізотропії і величини сигналу амплітуди і фази від механічних умов на межі зразка. Це явище пояснене конкуренцією вкладів однорідної і неоднорідної п'єзомагнітної добавки в щільність МУ енергії кристала.

Практичне значення одержаних результатів.

1. У роботі отримана нова інформація про механізми прямого перетворення високочастотних електромагнітних і пружних полів в нормальному металі, напівпровідникових ГС і магнетиках. Внаслідок цього, отримані результати можуть бути використані в техніці і методиці високочастотного безконтактного ультразвукового контролю матеріалів і промислових виробів.

2. Ефект електроакустичної конверсії є новим лабораторним методом як для експрес - аналізу, так і вивчення фізичних властивостей SiGe/Si гетероструктур, які є найважливіший елемент сучасної мікроелектроніки.

3. Виявлені в кристалах борату заліза ВЧ магнітоакустичні ефекти дають можливість управляти амплітудою і фазою звуку невеликим зовнішнім магнітним полем - використати кристал FeBO₃ як складовий елемент облаштувань акустоелектроніки. Ефекти ВЧ конверсії магнітних і пружних полів знайдуть своє практичне застосування в датчиках, що "зв'язують" механічні і магнітні поля в : акустоелектроніці, мікроелектроніці, "мехатроніці" .

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі викладені результати досліджень, виконані автором самостійно (див. роботи [10-12]) і в співавторстві з колегами. Особистий внесок претендента полягає в наступному. У роботі [1] автором виконаний розрахунок параметрів низькотемпературного узгоджувального пристрою та його експериментальна адаптація в область гіперзвукового діапазону частот. У роботі [2] автор брав участь в постановці завдання, розробці методики вимірів. Експерименти по вивченню електромагнітної прозорості металу проведені спільно із співавторами. Автор також брав участь в обговоренні результатів і їх фізичної інтерпретації. У роботах [3, 4] особисто претендентом виконані експериментальні дослідження ЕМЗЗ в нелокальній межі, і дана фізична інтерпретація отриманих результатів. Зокрема, їм запропонована і реалізована спектральна методика обробки результатів польових залежностей ефекту ЕМЗЗ в металі. Авторові належить ідея визначення ферміївських швидкостей носіїв заряду і характеристик ПФ вольфраму за даними польових і частотних залежностей ЕМЗЗ, розробка чисельних алгоритмів обробки даних експерименту. У роботі [5] автором проведені експериментальні дослідження лінійного ЕМЗЗ подовжнього звуку в нелокальній межі. Він брав участь в розробці фізичної моделі явища і інтерпретації результатів. У роботі [6] особистий вклад автора полягає в розробці техніки і методики експерименту по нелінійному ЕМЗЗ в металі в нелокальній межі, проведенні експериментальних вимірів. Автор брав участь в обговоренні фізичних моделей експериментально виявлених явищ нелінійного ЕМЗЗ.У роботі [7] особисто претендентом розроблена експериментальна методика вивчення конверсії ВЧ електричного поля в звукову хвилю в напівпровідникових ГС і проведені експерименти по вивченню тимчасових характеристик ефекту електроакустичної конверсії в SiGe/Si ГС. Результати експериментів по вивченню ефекту Шубнікова-де Гааза на "гарячих" дірках в Si/SiGe ГС отримані в співавторстві. Претендент також брав участь в обговоренні результатів і формулюванні виводів роботи. У роботах [8-9] авторові належать результати експериментального дослідження ефекту "поля" і частотних характеристик електроакустичної конверсії в SiGe/Si ГС. Він брав участь в обговоренні результатів і формулюванні виводів роботи. У роботі [13] автором запропонований і реалізований метод виміру дисперсії фазової швидкості "магнітної" і "немагнітної" поперечних акустичних мод в магнітному полі в АФ бораті заліза. Він брав участь в розробці фізичної моделі явища, обговоренні результатів і формулюванні виводів роботи. У роботі [14] претендентом в "ізометричних" зразках борату заліза експериментально виявлений ефект ОГТ і його особливості - тонка структура магнітопольовій залежності. Він також брав участь в обробці результатів і формулюванні виводів роботи. У циклі робіт [15-20] автором експериментально вивчені особливості тонкої структури ОГТ в FeBO₃. Він брав участь в розробці моделі ДП звуку, що враховує базисну анізотропію ромбоедричних кристалів борату заліза [15] і їх дефектну структуру [16- 18], а також в постановці завдань і обговоренні результатів чисельного розрахунку ефектів магнітного ДП в "ізометричному" кристалі борату заліза. Автором експериментально досліджені амплітудно - частотні залежності ДП звуку для "ізометричних" зразків FeBO₃ [19, 20]. У роботах [21, 22] авторові належать експериментальні результати дослідження ЕМЗЗ в монокристалах FeBO₃. Зокрема, ним уперше виявлена генерація подовжньої звукової моди, проведені експериментальні дослідження магнітопольових залежностей ефекту ЕМЗЗ для різної геометрії досвіду. Автор брав участь в побудові фізичної моделі явища ЕМЗЗ в кристалі FeBO₃, обговоренні результатів і формулюванні виводів. У роботах [23, 24] претендентові належить ідея використання складеного акустичного резонатора (САР) для вивчення коефіцієнта проходження і дисперсії швидкості подовжнього звуку в тонких зразках монокристалів борату заліза і її реалізація. Він брав участь в розробці чисельного алгоритму і проведенні чисельного моделювання характеристик САР і порівняння їх з даними експерименту [23]. Особисто автором експериментально виявлені магнітоакустичні резонансні явища і їх особливості при поширенні подовжньої звукової хвилі в однодоменному кристалі бората заліза. Авторові належить гіпотеза виникнення магнітної модуляційної структури (ММС) в механічно навантажених кристалах FeBO₃ і інтерференції звуку на таких структурах. Він брав участь в розробці алгоритму і проведенні чисельного моделювання взаємодії звукових хвиль з ММС [24]. У роботі [25] особисто автором проведені експериментальні дослідження азимутних магнітопольових характеристик поширення подовжнього звуку в кристалах FeBO₃. Він брав участь в комп'ютерній обробці експериментальних результатів, їх обговоренні і формулюванні виводів роботи.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи докладалися на наступних наукових конференціях, симпозіумах, нарадах, школах: XXV Всесоюзное совещание по физике низких температур, Ленинград, 1988 (2 доповіді); II Совещание-семинар «Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниковыми и полупроводник-диэлектрик структурами», Саратов, 1988; IV International Scientific Technical Conference “Acoustoelectronics”, Varna, Bulgaria, 1989; Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике, Кишинев, 1989 (2 доповіді); International Conference on Millimeter Wave and Far-Infrared Technology, China, 1989; XII Всесоюзной научно-технической конференции «Неразрушающие физические методы контроля», Свердловск, 1990; XV Всесоюзной конференции «Акустоэлектроника и физическая акустика твердого тела», Ленинград,1991; XXIX Всесоюзной конференции по физике низких температур, Казань, 1992; XX International Conference on Low Temperature Physics, Engune, USA, 1992; Міжнародна конференція «Фізика в Україні», Київ, 1993; Русско-Украинская школа-семинар «Физика магнитных явлений», Алушта, Украина, 1993; International Conference of Magnetism (ICM'94), Warsaw, Poland, 1994 (2 доповіді); International Symposium on Surface Waves in Solids and Layered Structure and National Conference on Acoustoelectronics ( ISSWAS'94), Moscow-St.Petersburg, Russia, 1994; International Conference Condensed Matter and Material Physics (CMMP'94), Cambridge, Great Britain, 1994; XVI Международная конференция по акустоэлектронике, Сыктывкар, Россия,1994; International School on Physics of Semiconductor Compaunds, “Jaszowiec-95”, Poland, 1995; Wold Congress of Ultrasound (3 доповіді), Berlin, Germany, 1995; International Conference on Crystal Growth and MBE Technology, Strasburg, France, 1995; International Workshop on Semiconductors, Chernovtsi, Ukraine, 1995; XXII International Conference on Low Temperature Physics (3 доповіді), Helsinki, Finland, 1999; 8^th European Magnetic Materials and Applications Conference (2 доповіді), Kyiv, Ukraine, 2000; Euro-Asian Symposium "Trends in magnetism" EASTMAG-2001 (2 доповіді), Ekaterinburg, Russia, 2001; Fifth International Conferense on Correlation Optics (SPIE), Chernivtsi, Ukraine, 2001; XVIII Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Москва, Россия, 2002, 2004, 2006; Seventh International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwave, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW'07), Kharkov, Ukraine, 2007; International Conference “Functional Materials” (ICFM), Partenite, Ukraine, 2001, 2003, 2009.

Публікації. По матеріалах дисертації опубліковано 63 наукові праці, з них: 25 статей в закордонних і вітчизняних наукових фахових виданнях і 38 тез доповідей в працях міжнародних і вітчизняних конференцій, симпозіумів, нарад і шкіл.

Структура і обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, переліку умовних скорочень, восьми розділів, виводів і списку літератури з 243 найменувань. Повний об'єм дисертації з урахуванням 116 рисунків на 87 сторінках і 5 таблиць складає 376 сторінок.

Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації. Викладено зв'язок роботи з науковими програмами й темами. Сформульовано мету та задачі досліджень, зазначені об'єкт, предмет і методи досліджень. Показано наукову новизну й практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок автора в роботах, виконаних у співавторстві, наведено відомості при апробацію та публікації за темою дисертації.

У першому розділі наведений огляд основних механізмів ЕМЗЗ в нормальних металах, в діапазоні частот нормального і аномального скін - шару.

У квазікласичному наближенні представлені основні рівняння і граничні умови для проблеми електрон - фононної взаємодії в металах. Повна система рівнянь, що описує поширення електромагнітних і акустичних хвиль в металі складається з рівнянь Максвелла, рівняння коливань решітки і кінетичного рівняння Больцмана для електронів провідності, яке зв'язує перші два вищезгаданих рівняння.

Роль різних доданків в об'ємній щільності сил, діючих на решітку металу в процесах генерації звуку, визначається зовнішніми параметрами - частотою електромагнітної хвилі щ, температурою Т, зовнішнім магнітним полем Н, а також типом і характеристиками металу - його поверхнею Фермі, деформаційним потенціалом, довжиною вільного пробігу носіїв заряду .

Описані також ефекти резонансного перенормування електрон - фононної взаємодії в металах із складним законом дисперсії носіїв заряду.

У другому розділі наведений короткий огляд експериментів, виконаних раніше, в основному автором, з вивчення низькотемпературних резонансних особливостей в польових залежностях амплітуд ЕМЗЗ в W, в нелокальній межі, коли ql >> 1, де q - хвилевий вектор звуку. Сформульовано завдання досліджень ефектів ЕМЗЗ, пов'язаних з сильною просторовою (ql?1, qR?1, де R - циклотронний радіус) і часовою (щф > 1, де ф - час релаксації носіїв заряду) дисперсією.

У третьому розділі [1] описана методика вимірів ЕМЗЗ в металі. Приведені конструктивні особливості узгоджувального пристроїв "гібридного" спектрометра для амплітудних магнітопольовых вимірів ЕМЗЗ в діапазоні частот від 50 Мгц до 800 Мгц, з типовими значеннями визначення відносних змін величини сигналу ЕМЗЗ не гірше ~ 10^-3. НТ вимірювальний пристрій складається з двох "плечей": електромагнітного і акустичного, які забезпечували спостереження і проведення вимірів електромагнітної генерації звуку в пластинці металу.

"Гібридний" спектрометр працював в двох режимах - безперервній (БП) і імпульсній генерації. Вивчення магнітопольових залежностей амплітуди ефектів ЕМЗЗ на відносно високих частотах f > 300 Мгц проводилося в режимі БП генерації. На нижчих частотах і при Н = 0 вимірів велися як в імпульсному, так і у БП режимах.

Детально описані експериментальні методи ідентифікації і пригнічення можливих паразитних сигналів наведень при роботі в режимі БП генерації, що забезпечують отримання достовірної інформації про досліджуваний ефект ЕМЗЗ.

У четвертому розділі наведені результати досліджень нелокальних ефектів ЕМЗЗ у вольфрамі [2- 6]. Експериментально вивчалося ЕМЗЗ в малих магнітних полях, при виконанні нерівностей

,

де н = ф^{- 1}; д - глибина аномального скін-шару; L_ac - довжина загасання звуку у вольфрамі; d ~ l, 95 ч 2 мм - товщина зразків. Геометрія експерименту - [ 100], де z -нормальна до поверхні металу, частота щ/2р - 400 ч 800 Мгц. У акустичному плечі вимірювальної установки використовувалися LiNbO₃ п'єзоперетворювачі, що працюють на гармоніках. Для розділення механізмів трансформації реєструвалася залежність сигналу ЕМЗЗ - , коли , де - вектор поляризації поперечного п'єзоперетворювача, - вектор електричного поля на поверхні зразка. Для qR ?1 ефект трансформації цієї компоненти, як показано в 1 розділі, обумовлений деформаційним механізмом.

Виявлено [3], що на плавну залежність амплітуди генерованого звуку , що монотонно падає зі збільшенням магнітного поля, накладена яскраво виражена осциляційна структура. Змінна складова, після віднімання (цифровій фільтрації Фур'є - методом) монотонної компоненти показана на рис. 1 а. Спектральна потужність (СП) процесу ЕМЗЗ для приведена на рис. 1б. Положення характерних сплесків СП (періодів гармонік в магнітному полі) не залежали від частоти. Згідно рис. 1б. характерні спектральні складові мають постійний період в "прямому" магнітному полі.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Сигнал польової залежності амплітуди ЕМЗЗ: а) змінна складова сигналу; б) спектр потужності процесу трансформації хвиль для експериментальної кривої рис.1а, стрілки вказують величину періодів ?H осциляцій в магнітному полі. Т= 4,2К.

Виявлена [3] істотна залежність форми осциляційній структури від частоти. Інтервал зміни частоти ?f₁ ~ 0,7 Мгц приводив до інверсії ліній, інтервал ?f₂ = 2?f₁ ~ 1,48 Мгц відновлював форму осциляцій. На рис.2а. представлені похідна по H сигналу [4]. Резонансна особливість, локалізована в полі H ? 160 Э відповідає умові діамагнітного резонансу (Щ=щ). Форма лінії , так само як і , істотно залежить від частоти щ/2р і випробовує інверсію в інтервалі частот ?f₁.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Залежність похідної від магнітного поля Н: а - експеримент, верхня крива - f = 524,09 Мгц, нижня - 523,33 Мгц; Т = 4,2 К. б - розрахунок, щ/н = 10, d/l = 1/2, верхня крива - f = 500 Мгц + Мгц, нижня - f = 500 Мгц.

Основні висновки теорії [4], наведені в цьому розділі, і дані експериментів свідчать, що реєстрований сигнал є інтерференцією акустичних збуджень при ЕМЗЗ та (s - індекс поляризації). для інтервалу магнітних полів 1 кЭ є монотонною функцією і має лінійну поляризацію. А компонента є осцилюючою функцією H. Компонента відіграє роль "опорного сигналу" частоти , що має швидкість - швидкість поперечного звуку у вольфрамі; фазова швидкість компоненти дорівнює . Реєстрований сигнал у разі лінійної поляризації має вигляд:

, (1)

де - швидкість дрейфу уздовж магнітного поля виділеної групи носіїв заряду. З (1) витікає, що зміна частоти на величину ( ?

? 2,9 ·10⁵ см/с, індекс i - відповідає різним групам носіїв) призводить до інверсії ліній осциляцій. Осциляції компоненти звуку в магнітному полі виникають з тієї ж причини, що і гармонійний розподіл електромагнітного поля в металі - ефект Гантмахера - Канера. Такий розподіл пов'язаний з тим, що взаємодія електронів найбільш ефективна з тією гармонікою хвилевого пакету, довжина хвилі якого дорівнює екстремальному зміщенню електрона за циклотронний період. Згідно (1) осциляції мають постійний період в полі H, рівний . Резонансна зміна амплітуди осциляцій і похідної в полі , в області пов'язано з діамагнітним резонансом в амплітуді . На мал. 2б приведені результати теоретичного розрахунку функції , отриманої з виразу для суми амплітуд для двох величин 500 МГц і 500+ МГц .

Описані вище ефекти дали можливість в умовах одного експерименту отримати дані про різні характеристики Фермі-поверхні (ПФ) : циклотронні маси, дрейфові швидкості і імпульси виділеної групи носіїв.

Для достовірної ідентифікації ефектів електромагнітної природи (компоненти u_3s) в сигналі ЕМЗЗ, в цьому розділі представлені також результати експерименту по спостереженню проходження електромагнітних хвиль в пластинці вольфраму в малих магнітних полях [2], на частотах 500 ч 600 Мгц. Для спостереження проникнення електромагнітного НВЧ сигналу через пластинку вольфраму в умовах аномального скін - ефекту, нами було використано НТ пристрій, в якому акустичне плече замінювалося другим електромагнітним. Експеримент проводився в геометрії: || [110], || [10] (где - лінійно поляризований НВЧ струм на поверхні зразка, - вектор нормалі до поверхні зразка).

У ділянці гелієвих температур при Н = 0 на приймальній поверхні зразка завжди реєструвався НВЧ сигнал. Досліджена температурна залежність сигналу. Введення постійного магнітного поля, паралельного поверхні зразка, призводить до осциляційного пригнічення сигналу. Значення поля його "відсічення" H = 145 Э відповідає рівності розміру максимальної циклотронної траєкторії носіїв D_ext товщині зразка d. Ці траєкторії відповідають електронам з області "шишки валета" ПФ з імпульсом = г·см/сек. Таким чином, в полі електромагнітна прозорість зразка спостерігалася доки d..

Зроблені оцінки величини проникаючої компоненти аномального скін - шару, а також температурна залежність сигналу, свідчать, що реєстрований сигнал перевершує компоненту скінового поля. Аномальна прозорість вольфраму обумовлена збудженням довгохвильової електромагнітної моди металу, що поширюється із швидкістю близької до ферміївської швидкості електронів. Збудження такої моди пов'язане з наявністю груп електронів на ділянках поверхні Ферми W, що мають локальні сплощення. У магнітному полі H, паралельному поверхні металу, в умовах, коли і здійснюється ефективне перенесення електромагнітного поля крізь пластину вольфраму в умовах НВЧ - аналогів радіочастотного розмірного ефекту, а при - ефекту Гантмахера-Канера.

У наступному підрозділі представлені результати вивчення ролі анізотропії енергетичного спектру електронів в ефектах ЕМЗЗ у вольфрамі. Як було описано вище, збудження компоненти звуку у вольфрамі ставало помітним в області частот щ/2р ? 400 Мгц. У області менших частот в геометрії експерименту домінують ефекти генерації власної поперечної акустичної моди .

Разом з ЕМЗЗ поперечної поляризації спостерігалася генерація подовжнього звуку , проте фізичний механізм цього явища залишався не з'ясованим. Дослідженню цього питання [5] присвячений справжній підрозділ. Сигнал ЕМЗЗ подовжнього звуку вивчався при Н = 0ч6 кЭ і 10ч22 кЭ в інтервалі частот f = 80-150 Мгц. У області малих Н - 2ч4 кЭ спостерігалися резонансні особливості складною структурою лінії, при qR?1 амплітуда монотонним чином убуває із зростанням магнітного поля в інтервалі 10 <Н < 20 кЭ.

Поверхня Фермі вольфраму містить анізотропні діркові еліпсоїди малих розмірів, головні осі яких розташовані під кутом до кристалографічних осей (група III). Якщо вектор електричного поля у збудливій хвилі лежить в площині поверхні зразка, то збудження подовжнього звуку викликається анізотропією енергетичного спектру дірок групи III - ) і тензора деформаційного потенціалу Зв'язок поперечної і подовжньої акустичних мод в даному випадку відсутній, оскільки кристали вольфраму пружноізотропні. Наведені результати теорії [5] знаходяться в якісній згоді з експериментом: спостережувана резонансна структура в магнітному полі - допплер - зрушений циклотронний резонанс (ДСЦР), проявляється у вигляді суперпозиції резонансних особливостей двох фізичних величин - коефіцієнта поглинання подовжнього звуку і електропровідності ; монотонний хід амплітуди при В останньому підрозділі приведені результати спостереження нелінійного ЕМЗЗ у вольфрамі [6]. При збільшенні амплітуди H поля у збудливій електромагнітній хвилі і параметра l, в зразку починають розвиватися нелінійні процеси, такі, як ЕМЗЗ на подвоєній частоті. Цей ефект обумовлений самовпливом змінного магнітного поля накачування H на збуджуваний їм струм в скін - шарі.

Описані особливості експериментальної методики вивчення ЕМЗЗ на подвоєній частоті. Передавальна система генерувала радіоімпульси тривалістю ~ 2ч 10 мкс з частотою повторення ~ 102 Гц, з частотою що несе f₁ = 173МГц. Приймальна система реєструвала імпульси акустичних коливань на частоті, що несла

f₂ = 346 Мгц, яка відповідала третій гармоніці подовжнього п'єзоперетворювача. Інтегральна смуга пропускання передавального тракту складала f₁± 2 Мгц.

Імпульсна електромагнітна потужність не перевищувала ~ 75 Bт/см², що складало, за оцінками, для величини H ~ 10 Э. Ефект нелінійного ЕМЗЗ виявлений у вольфрамі при виконанні умов , ( ~ 10^-4 см) і . Була вивчена залежність амплітуди сигналу нелінійної генерації від відносної амплітуди накачування при 4,2 К і 1,7 К. Проведено дослідження залежності ефективності нелінійної генерації звуку від зовнішнього магнітного поля H_o, нормального до поверхні зразка (H_o ~ 0ч4 кЭ) ,, для різних рівнів накачування. Виявлена зміна режимів нелінійності, що свідчить про якісну згоду експерименту з результатами наявної теорії ^[1,2], а також ефект пригнічення нелінійної генерації звуку зовнішнім магнітним полем H_o, нормальним до поверхні зразка. Розглянуті механізми генерації, що визначають польову залежність .

У п'ятому розділі [7-12] наведені результати вивчення генерації звуку модуляційно-легованої SiGe /Si ГС, поміщеної в зовнішнє ВЧ - електричне поле - ефекту електроакустичної конверсії (ЕАК). Успіхи, досягнуті в розвитку епітаксіальної технології, зокрема молекулярно - променевій епітаксії, зробили можливим отримання напівпровідникових ГС з прецизійним контрольованим профілем складу і легування. Метод модуляційного легування дозволив істотно збільшити рухливість носіїв двовимірного шару в ГС, за рахунок того, що розсіяння на домішках можна ефективно подавити, просторово розділивши носії заряду і іонізовані домішки, тобто створивши усередині ГС електричний диполь.

У роботі коротко описані структурні і електричні властивості SiGe /Si ГС. У SiGe гетеропарі розузгодження параметрів решіток плівки і підкладки Si компенсується зміною розмірів осередку шару. В результаті цього шар виявляється біаксіальним напруженим псевдоморфним шаром з когерентно зв'язаною з підкладкою межею розділу. У ГС SiGe/Si пружні деформації відіграють визначальну роль у формуванні електронних властивостей гетероперехіда і є одним з основних інструментів зонної інженерії. Поперечний розріз типових приладових Si/SiGe/Si ГС, сформованих на підкладках Si, наведений на рис.3.

На рисунку вказані типові розміри шарів і концентрації носіїв заряду в області легування акцепторами (бором Si<B> - 2,5·10¹⁸ cм^-3) і області квантової ями з двовимірною концентрацією дірок - 1,8·10¹¹ см^-2 при Т=4,2 К. Уся структура є монокристалічною плівкою завтовшки ~ 400 нм на підкладці.

Для даних ГС раніше передбачено і в роботі обговорюється два можливі механізми генерації звуку ВЧ - електричним полем. Комбінація напруги і впорядкування в когерентно - напружених шарах Si/Si_{1 - x}Ge_x може призводити до появи їх п'єзо-подібних властивостей, на що вказує ряд цитованих в роботі непрямих експериментальних фактів ^[3].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3. SiGe/Si ГС : а) розріз приладової SiGe/Si ГС; б) край валентної зони ГС; - енергія активації атомів бору; - енергія нижнього квантового рівня; - енергія зрушення валентної зони; - товщина "спейсера".

Помітимо, що в цитованих роботах по електронній мікроскопії був виявлений ріст об'єму полярної (нецентросиметричної) фази в Si_{1 -х} Ge_х сплаві, при збільшенні вмісту атомів Ge від х > 0,1. Другий механізм генерації звуку пов'язаний з наявністю електричного диполя в ГС. У зовнішньому полі , область прямої кулонівської взаємодії заряджених іонів і область передачі імпульсу носіїв заряду в решітку просторово розділені. Такий "силовий диполь", в загальному випадку, є джерелом акустичних коливань решітки (уздовж вектору зовнішнього поля ) вже в лінійному наближенні по полю Е ^[4,5]. Для Si/SiGe/Si ГС в рівноважному стані і високим рівнем легування ВЧ - поле , нормальне до межі гетероперехіда, проникає тільки в малі її області, які мають заряд одного знаку. В цьому випадку є дельта-подібне джерело нерезонансного збудження акустичних коливань з довжиною хвилі л ?D (де D - характерний розмір диполя).

У роботі досліджувалося 5 типів зразків. Три з них - ГС (див. мал.3), HJ18(17) - Si:B/i-Si/Si_1-xGe_x/i-Si с х = 0,12 та p(n)-Si підкладками. ГС HJ12 - Si:B/i-Si/Si_1-xGe_x/i-Si з х = 0,1 та p-Si підкладкою. Четвертий тип - зразок Si :В-д - гетероперехід Si : B c дельта-легованій бором поверхнею (електричний диполь відсутній), шар SiGe в ньому були відсутні, а рівень легування відповідав зразкам HJ12 - 18. П'ятий тип - p(n) - Si підкладки. Для ідентифікації полярної фази в зразках HJ18(17) була проведена серія експериментів з вивчення ефекту Шубніва-де Гааза на "гарячих" дірках і Раманівському розсіянню [7]. Усі описані зразки були вирощені на фізичному факультеті Ворікського університету, Англія (Department of Physics, University of Warwick, UK).

Підрозділ цього розділу присвячений детальному опису методики експерименту по вивченню ЭАК в ГС. Описаний розроблений для вимірів акустичний осередок. Зразок поміщався у ВЧ - електричне поле, паралельне осі росту кристала С (рис.3а), і був акустично пов'язаний з одним торцем 3,28 см сапфірової лінії затримки (ЛЗ). ВЧ імпульси поля Е створювалися плоскопаралельним електродом коаксіального резонатора, що перебудовується в діапазоні 225ч235 Мгц. Кожен ВЧ- імпульс мав тривалість ~1 мкс. LiNbO3 п'єзоперетворювач подовжніх акустичних хвиль поміщався на акустичній зв'язці (зв'язка кристалізується при Т< 150 K ), на другому торці ЛЗ. На рис.4 наведена АЧХ зразка у режимі ЕАК, знята шляхом виміру амплітуди основного акустичного імпульсу генерації з ЛЗ при 77 К [7, 9]. Була також вивчена еволюція АЧХ при зміні величини щілини Д між електродом і поверхнею зразка. Резонансна структура рис.4 обумовлена виникненням механічних акустичних резонансів типу Фабрі-Перо в зразку Si/SiGe ГС при ЕАК (режим "довгого" імпульсу). Відмітимо, що в серії тестових експериментів із зразками Si :В-д і Si, для цієї чутливості приймального тракту (рис.4) ефект ЕАК не був виявлений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4. Амплітудно-частотна характеристика зразка в режимі ЕАК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5. Температурна залежність амплітуди сигналу ЕАК.

Далі в розділі приведені результати експериментального вивчення і теоретичного розрахунку, а також обговорення температурної залежності ефективності генерації звуку в зразках ГС [10-12]. Температурна залежність амплітуди сигналу ЕАК для набору зразків ГС і результат розрахунку приведені на рис.5. Розглянута спрощена теоретична модель електроакустичної конверсії в ГС з модуляційним легуванням, пов'язана з наявністю не залежних від температури областей просторового заряду (при Т<100 K), і кулонівським механізмом збудження подовжніх акустичних хвиль ВЧ - електричним полем в умові л ?D. У цьому наближенні встановлено, що температурна залежність ефективності ЭАК обумовлюється:1) структурними параметрами зразка та розмірами областей просторового заряду - L_i та L - нейтральних областей. Ці параметри довжини визначаються зонними параметрами конкретної структури і рівнем легування домішками; 2) просторовим розподілом електричного поля, збуджуючого звук, що характеризується Дебаївською довжиною екранування L_D (T); 3) енергією іонізації атомів домішки (акцепторів). Встановлений вплив на величину ефекту ЕАК заряджених пасток донорного та акцепторного типу і заряджених домішок. Обговорюється можливе існування п'єзоефекту в зразках HJ17(18) зі змістом атомів Ge - x > 0,1, що знаходиться у згоді з результатами робіт по електронній мікроскопії. У цій моделі вдається також пояснити виявлений при Т=77 К і 4,2 К "ефект поля" при ЕАК [8,10], що полягає в істотному збільшенні амплітуди генерації звуку при додатку до гетероперехіда зворотного електричного зміщення і обумовлений зменшенням концентрації дірок квантової ями. В цілому, зіставлення даних експерименту і розрахунку, рис.5, вказує на несуперечність прийнятої моделі ЭАК в Si/SiGe ГС з модуляційним легуванням.

У шостому розділі [13-20] описані результати дослідження двохпідрешіточного легкоплощинного АФ з високою нєєлівською температурою - борату заліза. Його магнітна симетрія (наявність центру інверсії) допускає існування слабкого феромагнетизму, а також п'єзомагнетизму. У розділ включені результати, отримані автором в ході дослідження осциляцій амплітуди поперечного звуку в кристалах борату заліза, в поперечному, відносно напряму хвилевого вектору звуку, магнітному полі, а також описано вперше виявлене пом'якшення жорсткої поперечної акустичної моди в слабкому магнітному полі.

Наведені властивості борату заліза, необхідні для подальшого викладу. Коротко розглянута природа МУ зв'язку в АФ, тобто явища, пов'язані з ефектами спонтанно порушеній симетрії - МУ щілиною (ефект "застиглої решітки") в квазімагнонній гілці пов'язаних МУ хвиль і пом'якшенням квазіфононній гілці. Частіше всього обидва вказані ефекти (МУ щілина і пом'якшення квазіакустичної моди) сильно пригнічуються звичайною магнітною анізотропією. Саме тому ці ефекти експериментально спостерігалися головним чином в легкоплощинних магнетиках (гематит, борат заліза, і так далі), що мають відносно велику величину констант, характеризуючих МУ зв'язок: поля обміну H_E та поля Дзялошинського H_D, і малою кристалографічною анізотропією. Для повного опису спектру пов'язаних коливань в магнетиках потрібний облік трьох підсистем: магнітної, пружної і МУ, а також структурних і магнітних неоднорідностей, у тому числі і доменної структури.