聲與固體微觀結構的關係是一種物理原理。
基本信息,其他信息,
基本信息
聲和晶體點陣振動 固體中的聲振動是有規則的點陣振動。點陣又始終作無規的熱振動。這種熱振動可以看成是許多高頻簡諧振動的疊加。所以聲與點陣的互作用實際上也就是聲與聲的互作用。廣義地說，聲可以看作聲子流，與光是光子流相類似。這樣，聲與聲的相互作用有時就可作為聲子與聲子的碰撞過程來處理。聲波與點陣的相互作用即能量的相互轉換，必然導致聲波能量的吸收，在絕緣體和本徵半導體中，室溫下這種相互作用引起的高頻率超音波的衰減非常大。點陣振動振幅隨溫度降低而變小，所以當溫度非常低時，聲與點陣互作用產生的聲吸收變小。
高頻超聲吸收的測量是研究固體中聲子性狀的一個有力工具。這種互作用的研究對於低損耗高頻聲學材料的選擇也很重要。
聲和晶體點缺陷 晶體中的點缺陷包括分布在晶體中的填隙原子、代位原子、空位以及由它們組合而成的點缺陷組。這些點缺陷作完全無規的分布時稱無序狀態。任何偏離無規分布的狀態稱為有序狀態。如果點缺陷或點缺陷組對其周圍原子產生不對稱畸變，在未加外應力時，它們在各等效的結晶學位置的能量相等，也即分布是無規的；但如外加單向引力，這些位置的能量即出現差異,點缺陷就要發生重新分布,也即產生有序狀態。這種由於應力引起的原子偏離無規狀態的分布稱為應力感生有序。點缺陷分布這種由無序狀態到有序狀態的變化是通過原子擴散來進行的，而原子擴散需要一定的時間。因而缺陷的這種有序度的變化是一種弛豫過程。聲在具有點缺陷的晶體中傳播時存在的弛豫吸收和速度變化可以看成是由聲與點缺陷的相互作用而引起的。
通過點缺陷所引起的聲吸收，可以了解點缺陷的局部對稱性以及由它們所產生的畸變的指向性，同時也可以決定固體填隙原子的濃度，它們的擴散激活能以及擴散係數。點缺陷導致固體局部彈性的差異，從而引起高頻聲波的散射，但該效應在低頻時可以忽略不計。
聲和位錯 晶體中的位錯是一種線缺陷。位錯與位錯的相互作用會在位錯線上形成許多所謂釘扎點。在那些釘扎點上，位錯線不易運動。但在相鄰兩釘扎點之間的位錯線段，在聲應力的作用下，能產生類似於兩端固定的弦那樣的受迫振動。位錯線這種受迫振動所引起的聲吸收同聲波振幅無關，但與聲波頻率以及位錯線段的長度有關。當晶體上的外加應力（靜應力或聲應力）增加到一定程度時，缺陷所引起的釘扎點可被位錯線拋脫（稱為脫釘），從而使位錯線段迅速變長。當外加應力去掉後，位錯線段又作彈性收縮，最後重新被釘扎。這時在聲波一周期內對應的應力和應變曲線是一個滯後回線。由這種形式的位錯運動而產生的聲吸收與聲波振幅有關，卻不依賴於聲波頻率。
在計及固體中聲的高次諧波的產生時，必須考慮應力和應變之間的非線性關係，包含位錯的固體中，總應變是位錯應變和點陣本身應變的疊加。兩種應變和應力的非線性都會導致聲的高次諧波的產生。對於縱波，兩種非線性應變所產生二次諧波振幅為同數量級。
高頻超聲吸收的測量是研究固體中聲子性狀的一個有力工具。這種互作用的研究對於低損耗高頻聲學材料的選擇也很重要。
聲和晶體點缺陷 晶體中的點缺陷包括分布在晶體中的填隙原子、代位原子、空位以及由它們組合而成的點缺陷組。這些點缺陷作完全無規的分布時稱無序狀態。任何偏離無規分布的狀態稱為有序狀態。如果點缺陷或點缺陷組對其周圍原子產生不對稱畸變，在未加外應力時，它們在各等效的結晶學位置的能量相等，也即分布是無規的；但如外加單向引力，這些位置的能量即出現差異,點缺陷就要發生重新分布,也即產生有序狀態。這種由於應力引起的原子偏離無規狀態的分布稱為應力感生有序。點缺陷分布這種由無序狀態到有序狀態的變化是通過原子擴散來進行的，而原子擴散需要一定的時間。因而缺陷的這種有序度的變化是一種弛豫過程。聲在具有點缺陷的晶體中傳播時存在的弛豫吸收和速度變化可以看成是由聲與點缺陷的相互作用而引起的。
通過點缺陷所引起的聲吸收，可以了解點缺陷的局部對稱性以及由它們所產生的畸變的指向性，同時也可以決定固體填隙原子的濃度，它們的擴散激活能以及擴散係數。點缺陷導致固體局部彈性的差異，從而引起高頻聲波的散射，但該效應在低頻時可以忽略不計。
聲和位錯 晶體中的位錯是一種線缺陷。位錯與位錯的相互作用會在位錯線上形成許多所謂釘扎點。在那些釘扎點上，位錯線不易運動。但在相鄰兩釘扎點之間的位錯線段，在聲應力的作用下，能產生類似於兩端固定的弦那樣的受迫振動。位錯線這種受迫振動所引起的聲吸收同聲波振幅無關，但與聲波頻率以及位錯線段的長度有關。當晶體上的外加應力（靜應力或聲應力）增加到一定程度時，缺陷所引起的釘扎點可被位錯線拋脫（稱為脫釘），從而使位錯線段迅速變長。當外加應力去掉後，位錯線段又作彈性收縮，最後重新被釘扎。這時在聲波一周期內對應的應力和應變曲線是一個滯後回線。由這種形式的位錯運動而產生的聲吸收與聲波振幅有關，卻不依賴於聲波頻率。
在計及固體中聲的高次諧波的產生時，必須考慮應力和應變之間的非線性關係，包含位錯的固體中，總應變是位錯應變和點陣本身應變的疊加。兩種應變和應力的非線性都會導致聲的高次諧波的產生。對於縱波，兩種非線性應變所產生二次諧波振幅為同數量級。
其他信息
金屬中聲和導電電子 金屬中原子的外層電子可在點陣的周期勢場中運動（見金屬電子論）。聲波引起點陣振動時，點陣電勢也隨之發生周期性的變化，從而與電子發生相互作用。
在金屬點陣中，雜質原子、點陣本身的振動等各種因素也可引起勢場的不均勻，對電子運動造成散射。這種散射決定了金屬中電子運動的平均自由程。如果聲波波長比電子平均自由程大得多，則聲和電子相互作用就很微弱；若聲波波長比電子自由程小得多，則聲和電子的相互作用就比較顯著。例如在低溫條件下，非常純的金屬中電子平均自由程可大於聲波波長，這時聲吸收較大，而且與聲波頻率成正比。溫度進一步降低，聲吸收繼續增加。如果在傳聲金屬固體中外加磁場，則電子運動軌跡受磁場影響而彎曲，受碰撞的機會增加，電子的平均自由程減小。因此外加合適的磁場能使超聲吸收明顯變化。
聲和半導體載流子 聲波可通過半導體點陣振動而造成載流子勢場的畸變，與載流子發生相互作用。這種畸變勢耦合所造成的聲與載流子之間的相互作用在通常的超聲頻率下十分微弱。在壓電半導體中，聲也可以通過壓電效應（見壓電性）產生電場，與載流子相互作用，它比畸變勢耦合強得多。
如果在半導體中加上直流電壓使載流子沿聲傳播方向漂移，那么聲和載流子之間互作用就要改變。載流子漂移速度小於聲傳播速度時,這種互作用使聲波吸收,但是如果載流子的漂移速度超過聲的傳播速度，聲波能得到放大。
依此原理製作的典型聲波放大器如圖所示。一塊兩端蒸鍍金屬電極的壓電半導體硫化鎘放在兩個熔石英延遲棒之間，兩個相同的切變波換能器（一個作為發射器，另一個作為接收器）分別貼上在兩個石英延遲棒外端，受激勵的聲切變波脈衝通過硫化鎘樣品時，在樣品的兩電極間加上同相位的直流電脈衝，倘若所加的直流電脈衝幅度足夠高，則能觀察到超音波的放大現象。
聲與固體微觀結構的關係聲和自旋 聲與自旋相互作用的機理有好幾種，其一是，磁偶極子（見磁矩）和磁偶極子之間的互作用與它們之間的距離三次方成反比，聲的應變使這距離發生改變。另一種機理是由於核的電四極矩(見原子核)相互作用。聲振動造成點陣電場梯度改變，影響核的電四極矩。還有一種機理是聲造成晶體點陣中電場的畸變,從而與電子的軌道運動相互作用，再通過自旋-軌道耦合(見LS 耦合)與自旋發生相互作用。聲與自旋的相互作用使聲發生共振吸收而造成傳播衰減；反過來，用電磁波使順磁離子處於高低能態數目倒轉，在順磁材料中傳播的超音波能得到受激放大或受激振盪。
關於聲波在超導體及超流體中的傳播見量子聲學。
聲與固體微觀結構的關係
在金屬點陣中，雜質原子、點陣本身的振動等各種因素也可引起勢場的不均勻，對電子運動造成散射。這種散射決定了金屬中電子運動的平均自由程。如果聲波波長比電子平均自由程大得多，則聲和電子相互作用就很微弱；若聲波波長比電子自由程小得多，則聲和電子的相互作用就比較顯著。例如在低溫條件下，非常純的金屬中電子平均自由程可大於聲波波長，這時聲吸收較大，而且與聲波頻率成正比。溫度進一步降低，聲吸收繼續增加。如果在傳聲金屬固體中外加磁場，則電子運動軌跡受磁場影響而彎曲，受碰撞的機會增加，電子的平均自由程減小。因此外加合適的磁場能使超聲吸收明顯變化。
聲和半導體載流子 聲波可通過半導體點陣振動而造成載流子勢場的畸變，與載流子發生相互作用。這種畸變勢耦合所造成的聲與載流子之間的相互作用在通常的超聲頻率下十分微弱。在壓電半導體中，聲也可以通過壓電效應（見壓電性）產生電場，與載流子相互作用，它比畸變勢耦合強得多。
如果在半導體中加上直流電壓使載流子沿聲傳播方向漂移，那么聲和載流子之間互作用就要改變。載流子漂移速度小於聲傳播速度時,這種互作用使聲波吸收,但是如果載流子的漂移速度超過聲的傳播速度，聲波能得到放大。
依此原理製作的典型聲波放大器如圖所示。一塊兩端蒸鍍金屬電極的壓電半導體硫化鎘放在兩個熔石英延遲棒之間，兩個相同的切變波換能器（一個作為發射器，另一個作為接收器）分別貼上在兩個石英延遲棒外端，受激勵的聲切變波脈衝通過硫化鎘樣品時，在樣品的兩電極間加上同相位的直流電脈衝，倘若所加的直流電脈衝幅度足夠高，則能觀察到超音波的放大現象。
聲與固體微觀結構的關係聲和自旋 聲與自旋相互作用的機理有好幾種，其一是，磁偶極子（見磁矩）和磁偶極子之間的互作用與它們之間的距離三次方成反比，聲的應變使這距離發生改變。另一種機理是由於核的電四極矩(見原子核)相互作用。聲振動造成點陣電場梯度改變，影響核的電四極矩。還有一種機理是聲造成晶體點陣中電場的畸變,從而與電子的軌道運動相互作用，再通過自旋-軌道耦合(見LS 耦合)與自旋發生相互作用。聲與自旋的相互作用使聲發生共振吸收而造成傳播衰減；反過來，用電磁波使順磁離子處於高低能態數目倒轉，在順磁材料中傳播的超音波能得到受激放大或受激振盪。
關於聲波在超導體及超流體中的傳播見量子聲學。
聲與固體微觀結構的關係