JETP Letters: issues online

Проведен анализ причин существования "быстрого" звука на терагерцовых частотах в различных жидкостях. Показано, что величина скорости "быстрого" звука хорошо описывается обычной формулой из теории упругости: V_l = ((B(ω)+4/3G(ω))/ρ)^1/2, где ρ - плотность жидкости, а B(ω) и G(ω) - модули объемного сжатия и сдвига на соответствующих частотах. В "нормальных" жидкостях превышение значения скорости "быстрого" звука над скоростью обычного звука составляет 10-20 полностью определяется вкладом модуля сдвига G(ω) на высоких частотах и обнуляется на линии Френкеля. В то же время в некоторых жидкостях (далее называемых "аномальными"), таких как вода и расплав теллура, огромное (50-120 скорости "быстрого" звука над скоростью "нормального" связано, главным образом, с сильной частотной зависимостью модуля объемного сжатия B(ω). Аномально низкие значения релаксирующего модуля сжатия ранее были изучены нами для многих оксидных и халькогенидных стекол в области размытых фазовых превращений под давлением. В аномальных жидкостях также происходят размытые фазовые превращения в широкой области температур и давлений, что приводит к резкому снижению модулей сжатия и скоростей звука. Таким образом, рекордно большая разница между скоростями "быстрого" и "нормального" звука в аномальных жидкостях связана не с аномально "быстрым" звуком, а с тем, что "нормальный" звук в таких жидкостях является аномально "медленным", а модули сжатия - аномально малыми. Ультразвуковые исследования аморфных льдов H₂O низкой плотности (low density amorphous - lda) и высокой плотности (high density amorphous - hda) показывают, что их модуль сжатия, действительно, в 4-5 раз превышает модуль сжатия воды. Размытые фазовые превращения в воде и расплаве теллура приводят также к аномально большим значениям теплоемкости - в 1.5-2 раза выше, чем у "нормальных" жидкостей, т.е. для аномальных жидкостей характерны не только аномальное (немонотонное) поведение физических величин, но и их аномальные абсолютные значения для большинства доступных методик измерения. Аналогичное аномальное увеличение сжимаемости и теплоемкости наблюдается, как известно, для всех флюидов в близкой окрестности критической точки жидкость-газ. На терагерцовых частотах при этом наблюдается аномально "быстрый" звук, что также связано с резким ростом величины модуля сжатия B(ω) на высоких частотах. Вместе с тем, для аномальных жидкостей и стекол в области размытых фазовых превращений высокая сжимаемость и теплоемкость, как и большое превышение "быстрого" звука над "нормальным", не обязательно связаны с близостью критических точек и имеют место при любом сценарии размытого фазового превращения.