HYPERSONS

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Onde hypersonore longitudinale : atténuation

Onde hypersonore longitudinale : atténuation
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Interaction : montages expérimentaux

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Propagation et atténuation

Une bonne propagation des hypersons nécessite l'emploi de cristaux refroidis. Or, contrairement au cas des solides isotropes, dans un monocristal l'énergie ne peut pas toujours se propager dans la direction du vecteur d'onde. Associées à un plan d'onde donné, il peut exister trois ondes distinctes dont la direction de propagation de l'énergie et dont les vitesses sont différentes. Leurs mouvements vibratoires sont toujours perpendiculaires l'un à l'autre sans qu'aucun d'entre eux, en général, ne soit contenu dans le plan d'onde ou soit orthogonal à celui-ci. Dans la plupart des cristaux, malgré tout, il existe des directions dans lesquelles une onde longitudinale ou transversale pure (dont le vecteur d'onde est colinéaire au vecteur de propagation de l'énergie) peut se propager. Par exemple, dans le cas du quartz, l'axe X (axe de symétrie d'ordre 2) est une direction de propagation pure pour l'onde longitudinale de vitesse 5,75 km/s et les deux ondes transversales de vitesses respectives 5,18 km/s et 3,36 km/s, l'axe Z (axe de symétrie d'ordre 3) est une direction de propagation pure pour l'onde longitudinale uniquement et les axes AC et BC (axes particuliers contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe X, et perpendiculaires entre eux) sont les directions de propagation pures pour les ondes transversales uniquement.

Les expériences de H. Bömmel et K. Dransfeld et celles de E. H. Jacobsen ont permis de mesurer l'atténuation en fonction de la température de l'onde hypersonore longitudinale dans le quartz suivant l'axe X pour des fréquences allant jusqu'à 114 GHz. Les résultats obtenus sont en bon accord avec le mécanisme d'absorption de A. Akhieser selon lequel le passage de l'onde hypersonore dans le cristal détruit la distribution d'équilibre de Planck des phonons thermiques ; le rétablissement de cet équilibre nécessite alors un accroissement d'entropie qui conduit à l'absorption de l'onde hypersonore. L'atténuation qui décroît brutalement lorsque le libre parcours moyen des phonons thermiques dépasse la longueur d'onde hypersonore, serait donc due à un processus Umklapp faisant intervenir des interactions avec les phonons thermiques. En particulier, la loi en T4 reconnue valable entre 4 K et 20 K pour les ondes transversales indique qu'il s'agit là d'un processus à trois phonons dans lequel le phonon acoustique se combine à un phonon thermique pour donner un autre phonon thermique de fréquence plus élevée.

Onde hypersonore longitudinale : atténuation

Onde hypersonore longitudinale : atténuation

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Atténution de l'onde hypersonore longitudinale dans le quartz suivant l'axe X. 

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Écrit par :

  • : directeur technique de la branche des équipements médicaux de la société Thomson-C.S.F., président-directeur général de la C.G.R.-Ultrasonic

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Pour citer l’article

Pierre TOURNOIS, « HYPERSONS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 05 octobre 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/hypersons/