lavtemperaturakustikk

I et metall med svært lav temperatur er den dominerende årsaken til lydens svekkelse når den brer seg ut fra en kilde, vekselvirkningen med ledningselektronene i metallet. Elektronenes bevegelse er også påvirket av svingningene til de positivt ladede ionene som utgjør metallgitteret. Ved tilstrekkelig lave temperaturer er den midlere frie veilengden til elektronene større enn lydens bølgelengde. Da vil lydbølgene tape energi til elektronene. Studiet av denne prosessen har gitt innsikt i koblingen mellom elektronene og gittervibrasjonene. Denne koblingen er et viktig element i mekanismen bak superkonduktivitet (superleding).

Mange magnetoakustiske effekter er observert i metaller og krystaller ved lave temperaturer, for eksempel akustisk kjerneresonans, som opptrer når lydens frekvens er lik larmorfrekvensen til kjernespinnet for atomkjernene i krystallgitrene.

Også amorfe materialer, for eksempel amorf silisiumdioksid, SiO₂, som ikke har noen regelmessig krystallstruktur, studeres ved å observere lydforplantning ved lave temperaturer.

Lydforplantning har vært mye brukt for å undersøke den superflytende væsken helium II. Fem typer lydutbredelse er blitt observert eksperimentelt.

Førstelyd er en trykkbølge som forplanter seg i væsken på samme måte som lyd i vanlige væsker. Unntatt ved λ-temperaturen, T_λ=2,172 K, er hastigheten til førstelyden omtrent temperaturuavhengig, og lik 237 m/s. Ved λ-temperaturen er hastigheten mye mindre. Førstelyden med ultrasoniske frekvenser helt opp til 10 GHz har vært utnyttet til å konstruere akustiske mikroskoper med oppløsning på ca. 20 nm. Dette er ca. 10 ganger bedre enn man har klart å oppnå med mikroskoper som benytter lys.

Annenlyden er en uvanlig type bølger. Det er en temperaturbølge i væsken, uten trykksvingninger. Denne lyden kan genereres med en varmetråd, og detekteres med et motstandstermometer av karbon. Ved T_λ er hastigheten til denne lyden lik null. Ved lavere temperatur øker hastigheten raskt til ca. 20 m/s, og holder seg der til temperaturen er 1 K. Ved ytterligere avkjøling øker lydhastigheten raskt til 140 m/s. Men under 0,6 K kan annenlyden ikke observeres.

Tredjelyden er en bølge som kun brer seg i filmer av helium II med tykkelse mellom 0,5 og 30 nm. Dette er en bølge der filmens tykkelse varierer. Fjerdelyden er en trykkbølge og femtelyden en temperaturbølge i superflytende helium som befinner seg i et porøst materiale. Målinger av deres hastighet ved ulike temperaturer gir informasjon om hvordan mengdeforholdet til helium I og helium II i flytende helium avhenger av temperaturen. Disse lydmålingene gir også informasjon om væskestrømning i porøse materialer. Dette er av praktisk interesse særlig i sammenheng med utvinning av petroleum.

• akustikk