Нелинейные акустические эффекты в монокристаллах ниобия, обусловленные дислокациями

Abstract

В широком интервале низких температур 3 К ≤T ≤ 300 К изучены температурные зависимости декремента колебаний δ и динамического модуля Юнга Е в монокристаллах высокочистого ниобия. Измерения выполнены методом двойного составного вибратора при возбуждении продольных колебаний с частотой 88 кГц, относительная амплитуда акустической деформации варьировалась в пределах 5·10⁻⁹ < ε₀ < 7·10⁻⁵. В температурном интервале 50–200 К зарегистрирован нелинейный эффект — появление амплитудно-зависимых добавок к декременту колебаний и модулю Юнга, который наблюдается при достижении амплитудой ультразвука пороговых значений ε₀c > 10⁻⁵. Установлена зависимость значений ε₀c от температуры и предварительной пластической деформации образца. Детально изучены амплитудные зависимости δ(ε₀) и Е(ε₀) при ε₀> ε₀c и их трансформация при изменениях температуры. Анализ показал, что нелинейные эффекты связаны с отрывом дислокаций, возбуждаемых ультразвуком, от примесных атомов. Результаты эксперимента удовлетворительно согласуются с выводами теории атермического дислокационного гистерезиса Гранато–Люкке и ее обобщения на случай термически активированного гистерезиса, предложенного Инденбомом и Черновым.

The temperature dependences of logarithmic decrement δ and dynamic Young’s modulus E in high purity niobium single crystals are investigated in a wide low temperature range from 3 K to 300 K. The measurements are carried out using the two-component composite vibrator method with exciting longitudinal oscillations of a frequency about 88 kHz. A relative amplitude of ultrasonic strain ε₀ is varied within the limits from 5·10⁻⁹ to 7·10⁻⁵. A nonlinear effect is registered in the temperature interval from 50 to 200 K: amplitude dependent contributions to the decrement and Young’s modulus are observed when of the ultrasound strain amplitude ε₀c becomes as high as 10⁻⁵. It is found that ε₀c is dependent on temperature and preliminary plastic deformation. The amplitude dependences δ(ε₀) and Е(ε₀) at ε₀> ε₀c and their transformations with temperature are investigated in details. The analysis shows that the nonlinear effects are caused by the breakaway of ultrasonically excited dislocations from the impurity atoms. The results obtained agree satisfactorily with the predictions of the Granato- Lucke theory of athermic dislocation hysteresis and its generalization to the case of thermally activated dislocation hysteresis proposed by Indenbom and Chernov.

У широкому інтервалі низьких температур 3 К ≤T ≤ 300 К вивчено температурні залежност і декременту коливань δ і динамічного модуля Юнга Е в монокристалах високочистого ніобію. Виміри виконано методом подвійного складеного вібратора при збудженні поздовжніх коливань з частотою 88 кГц, відносна амплітуда акустичної деформації варіювалася в межах 5·10⁻⁹ < ε₀ < 7·10⁻⁵. У температурному інтервалі 50–200 К зареєстровано нелінійний ефект — появу амплітудно-залежних добавок до декременту коливань і модуля Юнга, котрі спостерігаються при досягненні амплітудою ультразвуку граничних значень ε₀c > 10⁻⁵. Виявлено залежн ість значень ε₀c від температури і попередньої пластичної деформації зразка. Детально вивчено амплітудні залежності δ(ε₀) и Е(ε₀) при ε₀> ε₀c і їх трансформацію при змінах температури. Аналіз показав, що нелінійні ефекти пов’язані з відривом дислокацій, збуджених ультразвуком, від домішкових атомів. Результати експерименту задовільно узгоджуються з висновками теорії атермічного дислокаційного гістерезису Гранато–Люкке і її узагальненням на випадок термічно активованого гістерезису, запропонованим Інденбомом і Черновим.