Vol 69, No 1 (2023)

The propagation of a linearly polarized transverse sound wave in a semiconductor layer with a certain crystallographic structure with a sufficiently high concentration of conduction electrons is considered. The semiconductor layer is located in a spatially uniform magnetic field directed perpendicular to the plane of incidence of the sound wave and modulated with the sound frequency. The relationship between the plasma subsystem and acoustic oscillations in the layer is achieved due to the internal piezoelectric field. It is shown that propagation of a sound beam under these conditions is accompanied by a counterpropagating sound wave with a conjugated wave front. The conversion coefficient of direct and phase-conjugated waves is found.

Рассмотрена задача ускорения алгоритма расчета нелинейных эффектов при моделировании высокоинтенсивных ультразвуковых пучков на основе однонаправленного уравнения Вестервельта. При построении численного решения для сильно искаженных волн с ударными фронтами необходимо учитывать большое число гармоник (до 1000) на пространственных сетках с размером матриц порядка 10 000 на 10 000, что требует обработки больших объемов данных и длительного времени расчетов. В данной работе реализация оператора нелинейности проводится во временном представлении с использованием удароулавливающей схемы типа Годунова, которая позволяет моделировать нелинейные волны с ударными фронтами с небольшим (3) количеством узлов сетки на ударном фронте. В работе проводится сравнение эффективности использования данного метода при его реализации на центральном процессоре (CPU) и графических ускорителях (GPU) по сравнению со спектральным методом, реализованным ранее для квазилинейного распространения волны. Проводится анализ скорости выполнения алгоритмов на CPU и GPU в зависимости от размеров массивов входных данных.

Acoustic resonance spectroscopy (ARS) is an informative analytical method that yields information about thicknesses and acoustic properties of layers in a multilayer structure representing a high-overtone bulk acoustic wave resonator (HBAR). Since the HBAR spectrum has many resonance features, the development of automatic methods for its processing is an urgent task. In this study, a method for extracting ARS data from a signal distorted by a RF measuring path without additional measurements of reference impedances (calibration) is proposed, which brings the spectrum to a form convenient for automatic processing and significantly expands the range of the ARS application. The method is especially relevant for processing HBAR spectra with a low excitation efficiency. As an example of such processing, the central frequencies and effective widths of more than a thousand resonant peaks are determined and, based on this, the frequency dependence of the acoustic attenuation is established for a new material: optical ceramics based on doped yttrium aluminum garnet nanoparticles.

To control the physical properties of polar and nonpolar liquid media, the parameters of model systems based on paraffin and silicone oils, as well as glycerin, were measured using electrophysical and acoustoelectric methods. Electrophysical studies were performed with an Agilent E4980A LCR meter and a measuring cell consisting of an Eppendorf tube and two coaxial nickel electrodes forming a cylindrical capacitor. The permittivity of the liquid was determined from the formula for the capacitor. For the acoustic part of the problem, ST,X-quartz was used as the piezoelectric plate, on which a fluoroplastic cell for liquid was placed. The measurements were carried out in three stages: measurement of the phase and amplitude of the acoustic wave (i) without contact with the liquid, (ii) in contact with a pure test liquid, and (iii) in contact with the test liquid with a filler. Microparticles of pharmaceutical activated carbon and the surfactant sorbitan monooleate were used as fillers. The viscosity of the suspensions was determined from the difference between the attenuation of an acoustic wave in the presence of the pure liquid and liquid with filler.

Various approaches to the formulation of the definition of an acoustic center of a transducer and the problems arising when using them for experimental determination of the acoustic-center position are considered. The reasons for which the formulation and the corresponding method for determining the position of the acoustic center of a microphone are not suitable for a hydrophone are discussed. An experiment is described that demonstrates the proposed method for experimentally determining the position of the acoustic center of a hydrophone during its phase calibration by the reciprocity method.

The paper presents the results of evaluating the thickness profile of a skull phantom using a two-dimensional ultrasound array consisting of piezoelectric elements with a center frequency of 2.1 MHz. Two pulse-echo ultrasound methods were used in the experiment: the A-mode elementwise measurements and scanning with a focused probing beam created by the entire array using delay-and-sum (DAS) beamforming. The obtained thickness profiles are compared with the reference thickness profile obtained using X-ray computed tomography. It was shown that ultrasound DAS beamforming with a focused probing beam makes it technically possible to estimate the thickness profile of the skull phantom.

Исследована зависимость порогов акустической кавитации в водных суспензиях наночастиц пористого кремния (пКНЧ) от степени гидрофобности их поверхности. Наночастицы со средним размером 100 нм изготавливались механическим измельчением пленок пористого кремния (ПК) в этаноле. Согласно данным ИК-спектроскопии, такие пКНЧ исходно характеризуются гидрофильной поверхностью. Для получения амфифильных (гидрофобно-гидрофильных) наночастиц, пленки ПК перед измельчением гидрофобизировались путем модификации поверхности октадецилсиланом. При измельчении в этаноле гидрофобных пленок ПК до наночастиц, происходит разрыв кремний-кремниевых связей с последующим их окислением, за счет чего поверхность частично гидрофилизируется. Показано, что порог акустической кавитации в суспензиях амфифильных пКНЧ существенно снижается по сравнению с гидрофильными КНЧ. Величина порога акустической кавитации в суспензии амфифильных наночастиц с концентрацией 1 мг/мл оставалась практически постоянной в течение 5 дней. Полученные результаты важны для разработки методов сонодинамической терапии раковых заболеваний с использованием пКНЧ.