用于表面声学可视化的超瞬态光栅光谱学
材料科学
2025-10-14 v1
摘要
材料表面上的超声波传播揭示了关于材料弹性行为的关键信息。表面的弹性动力学响应由格林函数刻画,后者完整地捕捉了其所有方向依赖与频率依赖的特征。本文报道了对该格林函数的首次直接实验可视化,包括由弹性各向异性所产生的全部复杂细节。我们通过对瞬态光栅光谱学(TGS)进行专门改造实现了这一可视化,TGS 本身是一种用于测量瑞利型表面声波的成熟方法。为克服传统 TGS 的局限,我们探究了在 TGS 实验中出现的近场热声现象。我们揭示出,除了在数百纳秒内衰减的瞬态驻波图样之外,还会出现寿命至少短一个数量级的超瞬态振荡。这些超瞬态效应使得以极高的细节捕捉表面声学响应成为可能,所得到的实验角色散图与理论格林函数惊人地吻合。利用这一特性,超瞬态光栅光谱学(UTGS)成为对各向异性固体进行精细非接触表征的强大新工具,为研究各类现代应用领域中的单晶材料开辟了新途径,包括通过弹热效应实现的固态制冷、磁弹性器件以及纳米尺度机电系统。
引用
@article{arxiv.2510.10696,
title = {Ultra-transient grating spectroscopy for visualization of surface acoustics},
author = {Tomáš Grabec and Pavla Stoklasová and Kristýna Repček and Jakub Kušnír and David Mareš and Martin Ševčík and Petr Sedlák and Hanuš Seiner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.10696},
year = {2025}
}
备注
Manuscript submitted to Nature Communications. Supplementary material is available as ancillary file