Rezonanță ciclotronică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 3 aprilie 2020; verificările necesită 8 modificări .

Rezonanța ciclotronică (CR) este fenomenul de absorbție sau reflexie a undelor electromagnetice de către conductori plasați într-un câmp magnetic constant la frecvențe egale sau multiple ale frecvenței ciclotronului purtătorilor de sarcină .

Istorie

Fenomenul a fost prezis de Ya. G. Dorfman și, independent de acesta, de fizicianul englez G. Dingle [1] . Prima observație a rezonanței ciclotronilor a fost făcută în 1953 de A. Kip, J. Dresselhaus și C. Kittel pe cristale de germaniu [2] . În 1956-1958, fizicienii sovietici M. Ya. Azbel și E. A. Kaner au prezis teoretic rezonanța ciclotronului în metale [3] și au dezvoltat teoria acesteia [4] , drept urmare fenomenul în sine a fost numit rezonanță ciclotronică Azbel-Kaner (efect) [5] [6] [7] .

Descrierea fenomenului

Într-un câmp magnetic constant, purtătorii de sarcină se mișcă în spirale , ale căror axe sunt direcționate de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Într-un plan perpendicular pe câmpul magnetic H , mișcarea este periodică cu o frecvență . Această frecvență este definită ca (în sistemul CGS ). $\omega_{c}$ $\omega _{c}={\frac {qH}{m_{c}c}}$

Vectorul viteză se rotește și el cu aceeași frecvență. Dacă, în acest caz, particula se află într-un câmp electric uniform cu o frecvență , atunci energia absorbită de aceasta se dovedește, de asemenea, a fi periodică în timp cu o frecvență . Energia medie absorbită pe o perioadă lungă de timp crește brusc la . $\omega$ $\omega =\omega _{c)$ $\omega \aprox \omega _{c}$

Condiții de observare

Rezonanța ciclotronului poate fi observată dacă purtătorii de sarcină fac multe revoluții înainte de a se disipa. Această condiție are forma , unde este timpul mediu dintre coliziuni. Într -un solid, rolul principal îl joacă împrăștierea prin defecte de rețea și împrăștierea prin fononi . Ultimul proces impune o limitare a observării CR la temperaturi scăzute T < 10 K pentru frecvențe „normale” și câmpuri magnetice (rezonanța ciclotronului la temperatura camerei poate fi observată în câmpuri magnetice superputernice ). ${\omega _{c)}\tau \gg 1$ $\tau$

Descriere matematică

Când se observă CR, raza orbitei ciclotronului se dovedește a fi mult mai mică decât lungimea de undă a radiației , ceea ce face posibilă introducerea unei relații locale între densitatea curentului indus și intensitatea câmpului electric și utilizarea aproximării dipolului . În acest caz, puterea absorbită pe unitate de volum este descrisă prin următoarea expresie:

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

Forma liniei de absorbție este dată de partea reală . Teoria clasică a rezonanței ciclotronului pentru o masă efectivă izotropă oferă următoarea expresie pentru : $\sigma$ $Re\sigma$

$Re\sigma _{{\pm }}=\sigma _{0}{\frac {1/\tau }{(\omega \pm \omega _{c})^{2}+1/\tau ^{ 2}}}$ , , unde este concentrația de particule , este sarcina , este masa efectivă a ciclotronului și este timpul mediu dintre ciocniri. $\sigma _{0}={\frac {Nq^{2}\tau }{m_{c}}}$ $N$ $q$ $m_{c}$ $\tau$

Se poate observa că linia CR este o linie Lorentz , al cărei factor de calitate este determinat de . $\omega _{c}\tau$

Aplicarea CR

Studiul rezonanței ciclotronilor este o metodă eficientă pentru determinarea proprietăților diferitelor materiale. În primul rând, CR este utilizat pentru a determina masele efective de purtători.

Din jumătatea lățimii liniei CR, se pot determina timpii caracteristici de împrăștiere și, prin urmare, se pot determina mobilitatea purtătorului .

Zona liniei poate fi utilizată pentru a determina concentrația purtătorilor de sarcină din probă.

CR este, de asemenea, utilizat pentru a depune pelicule subțiri de materiale semiconductoare. Utilizarea CR face posibilă depunerea filmelor la o presiune reziduală mai mică ( 10 -7 Torr ). Utilizarea CR vă permite să utilizați efectul „plasmei reci” .

Link -uri

↑ Dorfman Ya. G. Referitor la termenul „rezonanță ciclotronică”, UFN 61 133–134 (1957)
↑ Dresselhaus, G., Kip, A.F. și Kittel, C., Phys. Apoc. 92, 827 (1953), lit.
↑ SCIENCE REVIEW OF THE STUDIES OF UCRAINE, CRESCERE PENTRU PERIOADA 1938-1990 (înregistrare de stat) Știință și inovare. 2008. T 4. Nr 5. S. 47
↑ Teoria rezonanței ciclotronilor în metale
↑ Jenö Sólyom „Fundamentals of the Physics of Solids: Volume II: Electronic Properties”
↑ Rudolf Herrmann, Uwe Preppernau „Elektronen im Kristall”
↑ Azbel – Kaner Cyclotron Resonance