Особенности прохождения акустической энергии из жидкого гелия в металлы (Обзор)

Abstract

Дан краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований коэффициента прохождения энерrии фононов α из жидкого гелия в металлы кубической симметрии: монокристаллы вольфра­ма, меди и алюминия и поликристалл золота. Показано, что для монокристаллов с идеальной поверхностью коэффициенты прохождения хорошо описываются теорией акустическоrо рассогласования импедансов с учетом диссипации фононов на электронах nроводимости. Подтверждена теория Андреева электронного резонансного поглощения рэлеевской волны поверхностью монокристаллов с α -1. В сильно анизотропном монокристалле меди наблюдался, кроме того, резонансный пик поглощения псевдоповерхностной волны. На примере алюминия показано, что при переходе из нормального состояния в сверхпроводящее диссипация фононов резко уменьшается, а высота рэлеевского пика соответственно падает. Установлено, что главным механизмом рассеяния фононов в поликристалле является рэлеевское рассеяние на границах зерен, пропорциональное w⁴ , намного превышающее рассеяние на электронах, при этом сильно меняется вид угловой зависимости коэффициента прохождения α(θ).

Дано стислий огляд експериментальних та теоретичних досліджень коефіцієнта nроходження енергії фононів α із рідкого гелію в метали кубічної симетріі: монокристали вольфраму, міді та алюмінію та полікристал золота. Показано, що для монокристалів з ідеальною поверхнею ко­ефіцієнти проходження добре описуються теорією акустичного розузгодження імпедансів з ураху­ванням дисипації фононів на електронах провідності. Підтверджено теорію Андрєєва електронного резонансного поглинання релеївської хвилі поверхнею монокристалів з α -1. В сильно анізотропно­му монокристалі міді спостерігався, крім того, резонансний пік поглинання псевдоповерхневоі хвилі. На прикладі алюмінію показано, що при переході із нормального стану в надпровідний дисипація фононів різко зменшується, а висота релеївського піка відповідно падає. Встановлено, що основний механізм розсіяння фононів в полікристалі є релеївське розсіяння на межах зерен, пропорційне w⁴, яке значно перевищує розсіяння на електронах, при цьому сильно змінюється вид кутової залежності коефіцієнта проходження α(θ).

Experimental and theoretical studies of the coefficient α of phonon energy transmission from liquid helium to cubic-symmetry metals (tungsten, copper, and aluminum single crystals and gold polycrystals) are reviewed briefly. It is shown that the transmission coefficients for single crystals with a perfect surface are correctly described by the theory of acoustic impedance mismatch model, taking into account absorption of phonons by conduction electrons. Andreev’s theory of electron resonant absorption of a Rayleigh wave by the surface of single crystal with α∼1 is confirmed. In a strongly anisotropic copper single crystal, a resonant pseudo-surface wave absorption peak is also observed. It is shown for aluminum that phonon dissipation decreases sharply upon a transition from the normal to superconducting state, and the height of the Rayleigh peak decreases accordingly. It is found that the main mechanism of phonon scattering in a polycrystal is the Rayleigh scattering at grain boundaries, which is proportional to ω4 and is much stronger than scattering at electrons. The form of angular dependence of the absorption coefficient α(θ) changes significantly.