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HYPERSONS

Interactions

À côté de l'interaction phonon acoustique-phonon thermique responsable de l'atténuation des hypersons, de nombreux autres effets d'interactions peuvent exister : l'effet des dislocations, la diffraction par les défauts cristallins, les effets thermo-élastique, acousto-électrique dans les milieux semi-conducteurs, magnéto-élastique dans les milieux ferromagnétiques. Sont également possibles des interactions avec les phonons acoustiques, les photons, les électrons de conduction dans les métaux, les systèmes de spins nucléaires, les spins électroniques dans les matériaux paramagnétiques, les porteurs de charges dans les matériaux piézo-électriques. On évoquera seulement ici certaines de ces interactions considérées comme les plus significatives.

Interaction avec une autre onde hypersonore

Interaction : montages expérimentaux - crédits : Encyclopædia Universalis France

Interaction : montages expérimentaux

Par suite du caractère anharmonique du potentiel interatomique, deux ondes hypersonores peuvent interagir. Les règles de sélection sont alors celles relatives au processus Normal : conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement. Ainsi, lorsque les phonons acoustiques de fréquence ν1 et ν2 et de nombre d'onde k1 et k2, interfèrent, ils forment un phonon acoustique de fréquence ν3 tel que ν3 = ν1 + ν2 et de nombre d'ondes k3 tel que k3 = k1 + k2. N. S. Shiren a pu observer qu'une onde hypersonore de 8,5 GHz dans l'oxyde de magnésium MgO à 2 K est partiellement convertie en une onde de 17 GHz ; il a également pu montrer que si la puissance d'une onde de pompe à 16,5 GHz est suffisante ( a), on peut amplifier l'onde signal à 8,5 GHz. Le gain qu'il a obtenu est de 3,5 dB/cm. D'autres expériences ont montré la création d'ondes hypersonores de 20 GHz à partir d'ondes de 10 GHz, ce qui est un bon moyen pour fabriquer des hypersons de hautes fréquences.

Interaction avec les photons

Le milieu cristallin soumis à un champ électrique intense (laser) se déforme par électrostriction ; de même l'indice de réfraction d'un cristal dépend des contraintes locales. Une onde hypersonore se comporte donc comme un réseau optique d'indice variable qui progresse à la vitesse du son. Les photons sont réfléchis sous l'incidence de Bragg avec diminution de fréquence conformément aux règles de sélection. Si le faisceau lumineux est intense, l'amplification paramétrique prend naissance ; la génération se produit même en l'absence d'onde hypersonore initiale. C'est l'effet Brillouin stimulé observé par B. T. Chiao, C. W. Townes et B. P. Stoicheff sur le quartz et le saphir à température ambiante. Cet effet constitue un bon moyen pour engendrer des hypersons très intenses jusqu'à quelques dizaines de GHz dans des cristaux ou des couches minces, à fortes constantes élasto-optiques.

Interaction avec les électrons

Les métaux absorbent les hypersons beaucoup plus que les isolants. En effet, un champ électrique accompagne l'onde élastique par suite du déplacement relatif des ions et des électrons. Il en résulte des pertes par effet Joule et, tant que le libre parcours moyen des électrons reste inférieur à la longueur d'onde hypersonore, il existe un coefficient d' atténuation qui croît comme la résistivité électrique et comme le carré de la fréquence. À la température de l'hélium liquide, une onde hypersonore de 1 GHz peut se propager sur quelques millimètres dans l'aluminium. L'atténuation chute brusquement dans le cas d'un métal supraconducteur.

Les milieux semi-conducteurs non piézo-électriques absorbent beaucoup moins : 40 dB/cm à 1 GHz pour le germanium à température ambiante par exemple. Dans les milieux semi-conducteurs piézo-électriques, l'onde hypersonore est accompagnée d'un champ électrique important ; il en résulte des pertes par effet Joule et un coefficient[...]

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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

Classification

Pour citer cet article

Pierre TOURNOIS. HYPERSONS [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009

Médias

Onde hypersonore longitudinale : atténuation - crédits : Encyclopædia Universalis France

Onde hypersonore longitudinale : atténuation

Ondes hypersonores : excitation et détection - crédits : Encyclopædia Universalis France

Ondes hypersonores : excitation et détection

Interaction : montages expérimentaux - crédits : Encyclopædia Universalis France

Interaction : montages expérimentaux