Акустоэлектрический домен

Акустоэлектрический эффект был предсказан теоретически американским физиком Р. Парментером в 1952 году^[2] и позднее Л. Гуревичем^[3]. Экспериментально обнаружен в 1957 году Г. Вайнрайхом и X. Дж. Уайтом в германии^[4] и независимо от них Сасаки и Ёсидой^[5].

Если пьезоэлектрик является ещё и полупроводником, (например, ${\displaystyle {{\ce {CdS}}}}$, ${\displaystyle {\ce {CdSe}}}$, ${\displaystyle {{\ce {GaAs}}}}$, ${\displaystyle {\ce {InSb}}}$, ${\displaystyle {\ce {Te}}}$, ${\displaystyle {{\ce {ZnO}}}}$ и другие), то при достаточной интенсивности внешнего электрического поля может происходить усиление акустических шумов. Интенсивность таких акустических шумов может достигать величин порядка сотен ${\displaystyle {\frac {\text{Вт}}{\text{см}}}}$. На фоне увеличения интенсивности акустических шумов электропроводность пьезоэлектрика-полупроводника снижается, поскольку при взаимодействии акустических волн и электронов проводимости при одновременном распространении в твёрдых телах (металлах и полупроводниках) акустической волны возникает акустоэлектронное взаимодействие, приводящее к деформациям кристаллической решётки твёрдого тела^[6]. Деформация кристалла приводит к появлению внутрикристаллических сил, действующих на электроны кристалла, в результате чего возникает обмен энергиями и импульсами между акустической волной в кристалле и электронами проводимости^[7]. Наиболее сильно этот эффект проявляется в кристаллах без центра инверсии. В полупроводниках воздействие акустической волны приводит к изменению ширины запрещённой зоны вследствие вызываемой ею деформации кристаллической решётки полупроводника. На свободные электроны в полупроводнике начинает действовать сила, пропорциональная величине амплитуды волны деформации^[8]. Возникший градиент концентрации электронов своим полем начинает воздействовать на кристаллическую решётку полупроводника. Вследствие пьезоэлектрического эффекта в таких полупроводниках-пьезоэлектриках возникает переменное электрическое поле, под действием которого осуществляется перегруппировка свободных электронов в кристалле.

В итоге в пьезоэлектрике-полупроводнике возникает периодическое электрическое поле, благодаря которому в объёме материала появляются области сильного поля, называемые акустоэлектрическими доменами. Акустоэлектрические домены бывают двух типов — статические и динамические (движущиеся). Статические акустоэлектрические домены возникают в высокоомных пьезоэлектриках-полупроводниках например, в ${\displaystyle {{\ce {CdS}}}}$, ${\displaystyle {\ce {CdSe}}}$), динамические — в низкоомных (${\displaystyle {{\ce {GaAs}}}}$, ${\displaystyle {\ce {Te}}}$, ${\displaystyle {{\ce {ZnO}}}}$, ${\displaystyle {\ce {GaSb}}}$).

Акустоэлектрические домены достаточно велики, достигают размеров до миллиметра ${\displaystyle (0,1-1)\;{\text{мм}}}$, формируясь на неоднородностях материала пьезоэлектрика-полупроводника.