Universal behavior of internal friction in glasses below T : anharmonicity vs relaxation

Comparison of the internal friction at hypersonic frequencies between a few K and the glass transition temperature Tg for various glasses brings out general features. At low temperature, internal friction is only weakly dependent on the material. At high temperature but still below Tg the internal friction for strong glasses shows a T-independent plateau in a very wide domain of temperature; in contrast, for fragile glass, a nearly linear variation of internal friction with T is observed. Anharmonicity appears dominant over thermally activated relaxational processes at high temperature.Comment: accepted in Physical Review

Dynamic sound attenuation at hypersonic frequencies in silica glass

In order to clarify the origin of the dominant processes responsible for the acoustic attenuation of phonons, which is a much debatted topic, we present Bril louin scattering experiments in various silica glasses of different OH impurities content. A large temperature range, from 5 to 1500 K is investigated, up to the glass transition temperature. Comparison of the hypersonic wave attenuation in various samples allows to identify two different processes. The first one induce s a low temperature peak related to relaxational processes; it is strongly sensitive to the extrinsic defects. The second, dominant in the hig h temperature range, is weakly dependent on the impurities and can be ascribed to anharmonic interactions

PHONON DAMPING IN CRYSTALLINE AND AMORPHOUS SOLIDS AT HYPERSONIC FREQUENCIES

We present new Brillouin scattering measurements, for temperature ranging from 1 K to room temperature in a broad range of insulating solids (crystalline and amorphous solids). We analyse the temperature dependence of the attenuation of longitudinal phonons (frequency higher than 15 GHz) on the basis of the physical processes responsible for the phonon damping

Low-energy excitations and hypersonic properties at low temperatures in amorphous media

Brillouin scattering measurements of velocity and inverse mean free path of phonons are presented for three silicate glasses and two samples of PMMA, in the temperature range from 1.7 to 15 K. The velocity maximum due to resonant absorption of phonons is observed in the silicate glasses for longitudinal phonons of frequency 35 GHz. These experimental results, as well as the measurements of the inverse mean free path, can be described satisfactorily by a model assuming an interaction between phonons and two level systems. In PMMA, the velocity of 18 GHz phonons tends to be constant below 5 K, while the inverse mean free path is proportional to temperature in the whole temperature range. These results can be considered as an evidence of a relaxation process, even if a quantitative description is not possible on the basis of these data only.Nous présentons les résultats de mesures par diffusion Brillouin de la vitesse et de l'atténuation des ondes acoustiques pour trois verres de silice et deux échantillons de PMMA, entre 1,7 et 15 K. Le maximum de vitesse dû à l'absorption résonnante des phonons est observé dans les verres de silice pour les phonons longitudinaux de fréquence 35 GHz. Ces résultats expérimentaux, ainsi que les mesures d'atténuation, peuvent être décrits correctement en supposant une interaction entre les phonons et une distribution de systèmes à deux niveaux. Dans le PMMA, la vitesse des phonons de 18 GHz devient constante en dessous de 5 K, et l'atténuation est proportionnelle à la température dans tout l'intervalle de température étudié. Ces résultats peuvent être interprétés qualitativement en supposant l'existence d'un processus relaxationnel, même si une description quantitative n'est pas possible à partir de ces seules valeurs

Rayleigh brillouin scattering and molecular disorder in glassy crystals and molecular glasses

We review some results obtained from the Rayleigh-Brillouin study of disordered solids. Acoustic anomalies observed in crystals with an increasing amount of orientational disorder — doped crystals, solid solutions and glassy crystals —, as well as in molecular glasses are presented. It is shown that RB scattering is an efficient way of getting information on the dynamics of glass-forming liquids and of glasses

Analysis of the elastic behaviour of silica aerogels taken as a percolating system

Measurements of the Young modulus of silica aerogels are performed using the three points flexural technique. The elastic behaviour is studied as a function of the apparent density of the materials. The analysis of the experimental results is made in terms of a percolating system.Des mesures de module d'Young par la méthode de flexion trois points pour des aérogels de silice sont présentées. Le comportement élastique est étudié en fonction de la densité apparente des matériaux. L'analyse de ces résultats expérimentaux est effectuée en utilisant l'analogie avec un système de percolation

INFLUENCE OF STRUCTURAL AND TEXTURAL CHANGES ON THE LIGHT SCATTERING SPECTRUM OF THE ELECTROLYTE GLASS (LiCl)x(H2O)1-x

Nous présentons des mesures obtenues par diffusion Rayleigh-Brillouin dans des mélanges (LiCl)x(H2O)1-x. Pour x = 0,1, nous avons étudié les premiers stades de la cristallisation par des mesures d'intensité en fonction du temps de traitement au voisinage de Tg. Le comportement observé correspond à un processus de croissance des microcristaux. Nous présentons également les résultats concernant la vitesse des hypersons dans des solutions vitrogènes de différentes concentrations. On observe l'influence d'un processus relaxationnel pour les plus grandes concentrations ainsi que les anomalies de vitesse caractéristiques de l'eau surfondue.Rayleigh-Brillouin scattering measurements have been performed in (LiCl)x(H2O)1-x. The first stage of crystallization, during heat treatment near Tg, investigated by intensity measurements vs time for x = 0.1, shows a behaviour compatible with a ripening mechanism. We present also hypersonic velocity results in the glass-forming solutions for various concentrations. The relaxational process apparent for higher concentrations and the anomalous velocity variation characteristic of supercooled water are discussed

BRILLOUIN SCATTERING OBSERVATION OF PHONON SCATTERING BY INHOMOGENEITIES IN PHASE SEPARATED GLASSES

Nous avons étudié par diffusion Brillouin l'atténuation et la vitesse des ondes hypersoniques dans un verre formé en trempant une solution aqueuse de LiCl (contenu d'électrolyte : 10 moles pour cent). Ce matériau a été utilisé parce que la séparation de phase peut y être facilement réalisée par des traitements thermiques : nous l'avons détectée en mesurant l'intensité de la diffusion Rayleigh. Nous avons observé une variation des propriétés élastiques avec le traitement thermique. Les différences observées entre les échantillons sont indépendantes de la température et paraissent liées à la diffusion des phonons acoustiques par les inhomogénéités structurales.We have studied by Brillouin scattering the attenuation and velocity of hypersonic waves in a glass formed by quenching an aqueous solution of LiCl (molar electrolyte content : 10 %). This material has been used because the phase separation in this material can be easily controlled by heat treatments and detected by measuring the Rayleigh scattering intensity. The elastic properties appear to depend on heat treatment. The differences observed for various samples are independent of temperature and seems likely to be due to scattering of acoustic phonons by structural inhomogeneity

BRILLOUIN SCATTERING FROM AMORPHOUS POLYMERS AT LOW TEMPERATURES

La vitesse et l'atténuation des phonons longitudinaux de fréquence 18 GHz ont été mesurées pour trois différents polymères (polyméthyl méthacrylate (PMMA), polystyrène (PS) et polycarbonate (PC)) par spectrométrie Brillouin à haute résolution, dans l'intervalle de température 0,3 à 20 K. Aux températures les plus basses (0,3 à 3 K), tous les échantillons montrent le comportement caractéristique des verres diéléctriques à basse température : une augmentation logarithmique de la vitesse acoustique et une décroissance lorsque la température augmente, mettant en évidence l'interaction résonnante des phonons avec les systèmes à deux niveaux. A plus haute température (5 à 20 K), pour tous les échantillons, l'absorption augmente linéairement avec la température et la vitesse décroît proportionnellement à T. Ce comportement peut être relié à un processus activé thermiquement. Les résultats sont présentés pour le PMMA, choisi comme exemple.For three different polymers (polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS), and polycarbonate (PC) ) sound velocity and attenuation of 18 GHz longitudinal phonons were measured in the temperature range from 0.3K to 20K by means of high resolution Brillouin spectroscopy. At the lowest temperatures from 0.3K to 3K all samples showed the characteristic low temperature behaviour of inorganic glasses, i.e. a logarithmic increase of the sound velocity and a decrease of the resonant absorption due to the interaction of phonons with two-level-systems. At higher temperatures (5K to 20K) for all samples, the absorption rises linearly with temperature whereas the sound velocity decreases proportional to T. This behaviour can be related to a thermally activated process. Data are only presented for PMMA as a typical example