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INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE SUR LA DIFFUSION BRILLOUIN. CAS DU QUARTZ

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Academic year: 2021

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HAL Id: jpa-00213070

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00213070

Submitted on 1 Jan 1966

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INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE SUR LA

DIFFUSION BRILLOUIN. CAS DU QUARTZ

L. Cecchi

To cite this version:

(2)

INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE SUR LA DIFFUSION BRILLOUIN.

CAS DU QUARTZ

par L. CECCHI Faculté des Sciences, Montpellier

Résumé. - Après avoir essayé de montrer l'intérêt d'une étude de la diffusion Brillouin en fonction de la température, on rappelle les résultats partiels obtenus et on donne des indications sur les montages prévus au laboratoire.

Abstract. - The significance of the Brillouin-scattering temperature dependance is pointed out. Partial results are described and indications on foreseen experiments are given.

1. La théorie classique explique le phénomène de diffusion par les fluctuations ordonnées de densité et d'anisotropie créées par des ondes élastiques d'égale énergie KT. Elle prévoit donc des raies Stokes et Antistokes d'intensités égales et proportionnelles à T. La théorie quantique voit dans l'effet Brillouin une interaction (photons)-(phonons acoustiques de vec- teur d'onde k E O). Quel que soit le modèle adopté

pour cette interaction on doit obtenir des probabilités de transitions proportionnelles à n pour les raies Antistokes et à FI

+ 1

pour les raies Stokes, si FI est le nombre de phonons du type voulu o ( k , s) à l'équi- libre thermique (s, indice de branche).

si les phonons obéissent à la statistique de Planck. Il en résulte :

IAs/IS = exp

(g:)

;

I A , 4 O et Is + (limite finie) quand T 4 O tandis

que 1,

-

I A , garde une valeur constante ; I,, et Is sont très voisins et sensiblement proportionnels à T à température élevée.

11 n'est pas exclu que T intervienne autrement dans l'expression finale des intensités et même dans le rapport I,/I,, si les phonons s'écartent de la statistique prévue à très basse température (peu d'expériences ont été faites sur ces phonons dans cette zone).

2. a) Il est alors souhaitable de vérifier les prévisions de la théorie classique dans son domaine et d'étudier les variations éventuelles des constantes élastiques

et élasto-optiques du cristal en fonction de la tempé- rature.

b) Il est également souhaitable de vérifier les prévisions de la théorie quantique à basse température, apportant ainsi une contribution à l'étude de la distri- bution des phonons acoustiques k E O à très basse température ('). (11 faudrait pour cela disposer d'une théorie parfaitement au point et ce n'est pas le cas ; cependant l'étude du rapport Is/IAs et de la différence I,

-

IAs devrait déjà donner des indications impor- tantes).

c ) D'un autre point de vue, l'étude des largeurs de raies, en fonction de la température, si elle peut être menée à bien, donnera un support expérimental aux théories actuellement élaborées à Montpellier par MM. Bassompierre, Cohen-Solal et Leenhardt. d) Enfin, l'étude parallèle de la diffusion sans changement de longueur d'onde devrait donner des indications sur la structure (t réelle » du cristal et sur son évolution éventuelle.

3. Nous avons étudié la diffusion Brillouin à 900 d'un cristal de quartz entre

-

170 OC et

+

150 OC. a) Une théorie quantique simplifiée (mais peut- être tout à fait correcte en ce qui concerne la seule variation de I avec T à température élevée) conduit à :

(1) Peut-être est-il utile de rappeler que Debye a affirmé à plu- sieurs reprises que les raies Stokes et Antistokes devaient appa- raître au voisinage du zéro absolu, comme nous l'a fait remarquer M. L. Brillouin lui-même.

(3)

C 2 - 6 2 L. CECCHI à mieux que 5 O/,, si WoIKT < 0,l. (C est indépendant de T ; o = 2 n 60 où 60 est l'écart en fréquence de la raie). On doit avoir à

-

170 OC et pour 60 = 2 cm-' (cas du quartz pour une longueur d'onde excitatrice de 2 536,52

A)

:

Cette différence de 2,8

%

est difficile à mettre en évi- dence et le montage interférométrique utilisé f2) per- mettait seulement d'étudier la proportionnalité à T. Les résultats sont résumés dans la courbe ci-dessous.

( 2 ) L. CECCHI. Thèse - Montpellier 1964 ou C. R. Acad. Sc.,

1965, 261, p. 1255-1258.

Ils sont conformes aux prévisions de la théorie classi- que aux erreurs d'expérience près. (On peut remar- quer cependant la variation anormale de l'intensité de cc fausse diffusion D.)

4. Nous comptons améliorer les résultats obtenus.

a) Il faudra opérer à très basse température ; on prévoit I,,/I, = 314 à 8'5 OK, sauf défaut de la théorie, avec une intensité moyenne 30 fois plus faible qu'à la température ordinaire.

b) Les largeurs de raies prévues sont de l'ordre du millikeyser ou de la dizaine de millikeyser. Or la source actuelle a une largeur de 100 mk, l'élargissement dû à la convergence du faisceau excitateur est de l'ordre de 150 mk, enfin un interféromètre d'épaisseur adaptée a une largeur instrumentale de quelques cen- taines de millikeysers.

Il faudra donc utiliser un laser à gaz puissant don- nant la finesse de source nécessaire et l'intensité indis- pensable pour la mise en évidence du phénomène et pour l'utilisation d'un Fabry-Perot de très grande finesse instrumentale. Il sera aussi utile d'employer de meilleures techniques d'utilisation de l'information contenue dans les interférogrammes.

DISCUSSION

Mlle L. TAUREL.

-

Quels sont les résultats de l'étude de la fausse diffusion dans le quartz ? L'in- tensité de la lumière diffusée en fonction de la tem- pérature est-elle réversible ?

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