Cyklotronová rezonance

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 3. dubna 2020; kontroly vyžadují 8 úprav .

Cyklotronová rezonance (CR) je jev absorpce nebo odrazu elektromagnetických vln vodiči umístěnými v konstantním magnetickém poli o frekvencích rovných nebo násobcích cyklotronové frekvence nosičů náboje .

Historie

Jev předpověděl Ya.G. Dorfman a nezávisle na něm anglický fyzik G. Dingle [1] . První pozorování cyklotronové rezonance provedli v roce 1953 A. Kip, J. Dresselhaus a C. Kittel na krystalech germania [2] . Sovětští fyzici M. Ya.Azbel a E. A. Kaner v letech 1956-1958 teoreticky předpověděli cyklotronovou rezonanci v kovech [3] a rozvinuli její teorii [4] , v důsledku čehož byl samotný jev nazván Azbel-Kanerova cyklotronová rezonance (efekt) [5] [6] [7] .

Popis jevu

V konstantním magnetickém poli se nosiče náboje pohybují ve spirálách , jejichž osy směřují podél siločar magnetického pole. V rovině kolmé k magnetickému poli H je pohyb periodický s frekvencí . Tato frekvence je definována jako (v systému ČGS ). $\omega_{c}$ $\omega _{c}={\frac {qH}{m_{c}c}}$

Vektor rychlosti se také otáčí se stejnou frekvencí. Pokud je v tomto případě částice v rovnoměrném elektrickém poli s frekvencí , pak se energie jí absorbovaná také ukáže jako periodická v čase s frekvencí . Průměrná energie absorbovaná po dlouhou dobu se prudce zvyšuje při . $\omega$ ${\displaystyle \omega =\omega _{c))$ $\omega \approx \omega _{c}$

Podmínky pozorování

Cyklotronovou rezonanci lze pozorovat, pokud nosiče náboje udělají mnoho otáček, než se rozptýlí. Tato podmínka má tvar , kde je průměrná doba mezi kolizemi. V tělese hraje hlavní roli rozptyl vadami mřížky a rozptyl fonony . Posledně jmenovaný proces omezuje pozorování CR při nízkých teplotách T < 10 K pro "normální" frekvence a magnetická pole (cyklotronovou rezonanci při pokojové teplotě lze pozorovat v supersilných magnetických polích ). ${\omega _{c))\tau \gg 1$ $\tau$

Matematický popis

Při pozorování ČR se poloměr cyklotronové dráhy ukazuje mnohem menší než vlnová délka záření , což umožňuje zavést lokální vztah mezi hustotou indukovaného proudu a intenzitou elektrického pole a použít dipólovou aproximaci . V tomto případě je výkon absorbovaný na jednotku objemu popsán následujícím výrazem:

$P={\frac {1}{2}}Re(j_{i}E_{i}^{*})={\frac {1}{2}}(\sigma _{{ij}}E_{j }E_{i}^{*})$ .

Tvar absorpční linie je dán reálnou součástí . Klasická teorie cyklotronové rezonance pro izotropní efektivní hmotu dává následující výraz pro : $\sigma$ $Re\sigma$

$Re\sigma _{{\pm }}=\sigma _{0}{\frac {1/\tau }{(\omega \pm \omega _{c})^{2}+1/\tau ^{ 2}}}$ , , kde je koncentrace částice , je náboj , je efektivní hmotnost cyklotronu a je střední doba mezi srážkami. $\sigma _{0}={\frac {Nq^{2}\tau }{m_{c}}}$ $N$ $q$ $m_{c}$ $\tau$

Je vidět, že řada CR je řada Lorentz , jejíž kvalitativní faktor je určen . $\omega _{c}\tau$

Aplikace ČR

Studium cyklotronové rezonance je účinnou metodou pro stanovení vlastností různých materiálů. V první řadě se CR používá ke stanovení efektivních hmotností nosičů.

Z poloviční šířky čáry CR lze určit charakteristické doby rozptylu a tím určit pohyblivost nosiče .

Plochu čáry lze použít ke stanovení koncentrace nosičů náboje ve vzorku.

CR se také používá k nanášení tenkých vrstev polovodičových materiálů. Použití CR umožňuje nanášení filmů při nižším zbytkovém tlaku ( 10-7 Torr ) . Použití CR umožňuje využít efekt „studené plazmy“ .

Odkazy

↑ Dorfman Ya. G. O termínu „cyklotronová rezonance“ UFN 61 133–134 (1957)
↑ Dresselhaus, G., Kip, A.F., and Kittel, C., Phys. Rev. 92, 827 (1953), dopis.
↑ VĚDECKÝ PŘEHLED STUDIÍ UKRAJINY, RŮST ZA OBDOBÍ 1938-1990 (státní registrace) Věda a inovace. 2008. T 4. Ne 5. S. 47
↑ Teorie cyklotronové rezonance v kovech
↑ Jenö Sólyom „Základy fyziky pevných látek: svazek II: Elektronické vlastnosti“
↑ Rudolf Herrmann, Uwe Preppernau "Elektronen im Kristall"
↑ Azbel – Kanerova cyklotronová rezonance