Ciklotron rezonancia

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. április 3-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 8 szerkesztést igényelnek .

A ciklotronrezonancia (CR) az elektromágneses hullámok abszorpciójának vagy visszaverődésének jelensége olyan vezetők által , amelyek állandó mágneses térben vannak elhelyezve a töltéshordozók ciklotronfrekvenciájának többszörösével megegyező frekvencián .

Történelem

A jelenséget Ya. G. Dorfman és tőle függetlenül G. Dingle angol fizikus [1] jósolta meg . A ciklotronrezonancia első megfigyelését 1953-ban A. Kip, J. Dresselhaus és C. Kittel végezte germániumkristályokon [ 2] . 1956-1958-ban M. Ya. Azbel és E. A. Kaner szovjet fizikusok elméletileg megjósolták a ciklotron rezonanciát a fémekben [3] és kidolgozták annak elméletét [4] , aminek eredményeként magát a jelenséget Azbel-Kaner ciklotron rezonanciának (effektus) nevezték el. [5] [6] [7] .

A jelenség leírása

Állandó mágneses térben a töltéshordozók spirálokban mozognak , amelyek tengelyei a mágneses erővonalak mentén vannak irányítva. A H mágneses térre merőleges síkban a mozgás periodikus frekvenciával . Ezt a frekvenciát a következőképpen határozzák meg: (a CGS rendszerben ). $\omega_{c}$ $\omega _{c}={\frac {qH}{m_{c}c}}$

A sebességvektor is azonos frekvenciával forog. Ha ebben az esetben a részecske egyenletes frekvenciájú elektromos térben van , akkor az általa elnyelt energia is időben periodikusnak bizonyul frekvenciával . A hosszú időn keresztül elnyelt átlagos energia meredeken növekszik -nál . $\omega$ ${\displaystyle \omega =\omega _{c))$ $\omega \körülbelül \omega _{c}$

Megfigyelési feltételek

Ciklotron rezonancia figyelhető meg, ha a töltéshordozók sok fordulatot tesznek, mielőtt szétoszlanak. Ennek a feltételnek az alakja , ahol az ütközések közötti átlagos idő. Szilárd testben a fő szerepet a rácshibák általi szóródás és a fononok általi szóródás játssza . Ez utóbbi eljárás korlátozza a CR megfigyelését alacsony hőmérsékleten, T < 10 K "normál" frekvenciák és mágneses mezők esetén (szobahőmérsékleten ciklotron rezonancia figyelhető meg szupererős mágneses mezőkben ). ${\omega _{c))\tau \gg 1$ $\tau$

Matematikai leírás

A CR megfigyelésekor a ciklotron pálya sugara jóval kisebbnek bizonyul, mint a sugárzás hullámhossza , ami lehetővé teszi az indukált áramsűrűség és az elektromos térerősség közötti lokális összefüggés bevezetését és a dipólus közelítés alkalmazását . Ebben az esetben az egységnyi térfogatra felvett teljesítményt a következő kifejezés írja le:

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

Az abszorpciós vonal alakját a valós rész adja meg . A ciklotron rezonancia klasszikus elmélete izotróp effektív tömegre a következő kifejezést adja : $\sigma$ $Re\sigma$

$Re\sigma _{{\pm }}=\sigma _{0}{\frac {1/\tau }{(\omega \pm \omega _{c})^{2}+1/\tau ^{ 2}}}$ , , ahol a részecskekoncentráció , a töltés , az effektív ciklotron tömeg és az ütközések közötti átlagos idő. $\sigma _{0}={\frac {Nq^{2}\tau }{m_{c}}}$ $N$ $q$ $m_{c}$ $\tau$

Látható, hogy a CR vonal egy Lorentz-vonal , melynek minőségi tényezőjét a határozza meg . $\omega _{c}\tau$

A CR alkalmazása

A ciklotronrezonancia vizsgálata hatékony módszer különféle anyagok tulajdonságainak meghatározására. Először is, a CR-t a hordozók effektív tömegének meghatározására használják.

A CR vonal félszélességéből meghatározhatóak a jellemző szórási idők, és ezáltal a vivőmobilitás .

A vonal területe felhasználható a mintában lévő töltéshordozók koncentrációjának meghatározására.

A CR-t félvezető anyagok vékony filmrétegeinek leválasztására is használják. A CR használata lehetővé teszi a fóliák leválasztását alacsonyabb maradék nyomáson ( 10-7 Torr ) . A CR használata lehetővé teszi a "hideg plazma" hatásának használatát .

Linkek

↑ Dorfman Ya. G. A "ciklotron rezonancia" kifejezéssel kapcsolatban. UFN 61 133–134 (1957)
↑ Dresselhaus, G., Kip, A. F. és Kittel, C., Phys. Rev. 92, 827 (1953), levél.
↑ TUDOMÁNYOS ÁTTEKINTÉS UKRAJNA TANULMÁNYAIHOZ, NÖVEKEDÉS AZ 1938-1990. IDŐSZAKRA (állami regisztráció) Tudomány és innováció. 2008. T 4. No 5. S. 47
↑ A ciklotronrezonancia elmélete fémekben
↑ Sólyom Jenö "A szilárdtestek fizikájának alapjai: II. kötet: Elektronikus tulajdonságok"
↑ Rudolf Herrmann, Uwe Preppernau "Elektronen im Kristall"
↑ Azbel – Kaner Cyclotron Resonance