J. Phys. France 37, 521-536 (1976)
DOI: 10.1051/jphys:01976003705052100

The interaction of thermal phonons with conduction electrons in InSb. Application to heat-pulse spectroscopy

D. Huet, B. Pannetier, F.R. Ladan et J.P. Maneval

Groupe de Physique des Solides de l'Ecole Normale Supérieure et Université Paris V, 24, rue Lhomond, 75231 Paris 05, France

Abstract
High frequency ballistic phonons were radiated by the heat pulse method (To < 4.2 K) into degenerate n-type indium antimonide crystals. We first review the relevant aspects of the electron-phonon interaction : cut-off for phonon wavevectors larger than twice the Fermi radius (q > 2 kF), selective coupling of the longitudinal modes and screening effects. Then, we report original extensive measurements of phonon absorption as a function of the electron concentration in the semiconductor. The Fermi sphere acts as a high-pass filter, which enables phonon spectroscopy with no adjustable parameters. As a result, the frequency distribution of a heat pulse could be determined in a detailed fashion.

Résumé
Des phonons balistiques de haute fréquence ont été émis dans l'antimoniure d'indium dégénéré de type n par la méthode des impulsions de chaleur (To < 4,2 K). Nous passons d'abord en revue les aspects correspondants de l'interaction électron-phonon : la coupure pour les vecteurs d'onde de phonons excédant le double du rayon de Fermi (q > 2 kF), le couplage préférentiel des modes longitudinaux, et l'effet d'écran. Puis nous rendons compte de nouvelles mesures approfondies sur l'absorption des phonons en fonction de la concentration électronique dans le semiconducteur. La sphère de Fermi se comporte comme un filtre passe-haut et permet une spectroscopie des phonons sans paramètre ajustable. Ainsi la distribution en fréquences d'une impulsion de chaleur a-t-elle pu être déterminée de façon détaillée.

PACS
6320K - Phonon-electron and phonon-phonon interactions.
6370 - Statistical mechanics of lattice vibrations and displacive phase transitions.
6670 - Nonelectronic thermal conduction and heat-pulse propagation in solids; thermal waves.

Key words
electron phonon interactions -- Fermi surface -- indium antimonide -- thermal conductivity of solids