Amplification of Acousto-Helicon Wave due to Modulation of a High-Power Helicon Wave in Longitudinally Magnetised Cubic Piezoelectric Semiconducting Plasmas

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Abstract:

A detailed analytical investigation is made of modulational decay of a high-power helicon pump-wave into another helicon and an acoustic wave in a longitudinally magnetised n-type cubic piezoelectric semiconducting crystal belonging to class 4 3 m. The dispersion relation is obtained by using a hydrodynamic model of an homogeneous, piezoelectric, one-component (electron) semiconducting plasma, and the threshold value of pump electric field and the growth rate of unstable mode well above the threshold are discussed. The analysis is applied to a specific semiconductor, n-InSb at 77 K duly irradiated by a high-power helicon wave for numerical estimation. The pump-wave intensities used are in the range of 107 to 1011 Wm−2 which is assumed to be less than the damage threshold of the InSb crystal. The order of wave amplitude of the helicon pump-wave is experimentally feasible. The growth rate is found to be of the order of 108 … 109 s−1.

Zusammenfassung

Es wird eine detaillierte analytische Untersuchung angestellt über den modulationsbedingten Zerfall einer Helicon-Pumpwelle hoher Energie in eine andere Heliconwelle und eine Schallwelle in einem longitudinal magnetisierten, kubischen, piezoelektrischen Halbleiterkristall vom n-Typ, der zur 4 3m gehört. Durch Benutzung eines hydrodynamischen Modells des homogenen, piezo elektrischen, elektronischen Einkomponenten-Halbleiterplasmas wird eine Dispersionsbeziehung erhalten; der Schwellwert des elektrischen Pumpfelds und die Wuchsrate der unstabilen Mode deutlich oberhalb der Schwelle werden diskutiert. Die Analyse wird zwecks numerischer Abschätzung auf einen speziellen Halbleiter angewandt, nämlich n-InSb bei 77 K, in den eine Heliconwelle hoher Energie eingestrahlt wird. Die benutzten Pumpwellen-Intensitäten liegen im Bereich von 107—1011Wm−2, was vermutlich unterhalb der Beschädigungsgrenze des InSb-Kristalls liegt. Die Größenordnung der Amplitude der Helicon-Pumpwelle ist experimentell realisierbar. Die gefundene Wuchsrate ist von der Größenordnung 108 bis 109 sec−1.

Sommaire

On effectue une étude analytique détaillée de la transformation modulationnelle d'une onde de pompage hélicon de puissance suffisante en la somme d'une autre onde hélicon et d'une onde acoustique à l'intérieur d'un cristal semiconducteur de type n, piézoélectrique cubique de la classe 4 3m et aimanté longitudinalement. Pour en calculer la relation de dispersion, on s'est appuyé sur le modèle hydrodynamique d'un plasma homogène, piézoélectrique semiconducteur et à un seul composant (électron). La valeur liminaire du champ électrique de pompage et le taux de croissance d'un mode instable loin au delà du seuil sont objets d'une discussion appro fondie. Aux fins d'une estimation numérique, la présente analyse est appliquée à un exemple spécifique: un cristal InSb de type n convenablement irradié par une onde hélicon de forte puis sance, d'intensité variant entre 107 et 1011 Wm−2, en admettant que cette dernière valeur soit encore inférieure au seuil d'endommagement du cristal InSb. On en conclut à la faisabilité du pompage par onde hélicon. Le taux de croissance calculé est de l'ordre de 108 à 109s−1.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 1985

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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