Вихроны. Иллюстрированное издание - страница 60

Термические колебания атомов кристалла вызывают распространение в веществе системы звуковых волн, квантами которых являются фононы. Фононы и их взаимодействия с электронами играют фундаментальную роль в современных представлениях по физике сверхпроводников, процессах теплопроводности, процессах рассеяния в твердых телах. Законы распространения волн – дифракция, интерференция, отражение, преломление одинаковы и для электромагнитных волн и для звука. Однако есть отличия в потенциалах на волноводах и скоростях распространения звука и света. Электромагнитные вихроны устанавливают электрические потенциалы, которые вызывают вихревые электрические токи в проводниках, а механические – гравитационные потенциалы, которые вызывают вихревые токи микрочастиц с массой и формируют тем самым фронты давления и скорости их движения, а также, в некоторых случаях, – вихревые токи ионов и электронов. Поэтому при распространении звуковой волны происходит следующее:

– на расстоянии в полволны амплитудное значение давления из положительного становится отрицательным, т. е. разница давлений в двух точках, отстоящих друг от друга на полволны пути распространения волны, превышает в два раза.

– давление, оказываемое на частицы среды при распространении волны, является результатом действия вихревых токов вдоль потенциалов волновода.

– частицы среды, участвующие в вихревых токах при передаче энергии волны и электрического заряда, колеблются около положения своего равновесия.

На основании этого можно сделать заключение о том, что при переносе энергии звука происходит полное квантовое преобразование энергии вихревой материи микрочастиц с массой в этих волновых процессах, т. е. данный механический микровихрон является свободным.

Взаимодействие света со звуком (и наоборот) используется в современной оптике, оптоэлектронике, лазерной технике для управления когерентным световым излучением. Акустооптические устройства позволяют управлять амплитудой, частотой, поляризацией, спектральным составом светового сигнала и направлением распространения светового луча. Из прикладных аспектов акустооптических эффектов практическое применение имеют системы обработки информации, где акустооптические устройства используются для обработки СВЧ-сигналов в реальном масштабе времени.

Фононы и ротоны – элементарные высокочастотные проявления механических вихронов. Физический смысл появления ротонов соответствует появлению вихревого движения микрокластера в сверхпроводящей жидкости. Энергетический спектр элементарных возбуждений в жидком гелии имеет линейную зависимость в начальной части. Локальный минимум энергии соответствует температуре около 8,6 K. Элементарные возбуждения линейной части спектра соответствуют рождению фононов, а возбуждения в области, близкой к минимуму – рождению ротонов. Они тесно связаны с электромагнитными фотонами и электронами среды. Фононы взаимодействуют не только друг с другом, но и с другими квазичастицами, как с электронами проводимости в металлах и полупроводниках, так и с магнонами в магнито-упорядоченных средах. Испускание и поглощение фононов электронами – основной механизм электрического сопротивления металлов и полупроводников.