Главная > Курс электродинамики (Измайлов С.В.)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 145. Влияние внешнего магнитного поля. Эффект Фарадея и циклотронный резонанс

Рассмотрим влияние внешнего постоянного магнитного поля на распространение электромагнитной волны в диэлектрике или полупроводнике. Допустим, что внешнее магнитное поле направлено по оси и электрическое поле волны лежит в плоскости

Уравнение движения квазиупруго связанного электрона (§ 62 и 137) можно написать в форме

Здесь собственная частота колебаний, -действующее электрическое поле. Уравнение (145.01) в отличие от (63.02) содержит член с магнитным полем и вместо величину где коэффициент трения. Уравнение (145.01) можно применить как к связанным, так и к свободным электронам полупроводника. В последнем случае коэффициент, связанный с временем релаксации и подвижностью соотношениями (119.04) и (119.08) (под следует понимать эффективную массу

Проектируя (145.01) на оси координат, получим

Величина

называется «циклотронной частотой». Не ограничивая общности рассуждений, можно считать

В § 115 показано, что в гиротропном веществе линейно-поляризованная волна распадается на две волны, поляризованные по кругу в противоположных направлениях. Так, волна распространяющаяся параллельно оси распадается на две поляризованные по кругу волны (115.13) и (115.14), для которых составляющая сдвинута по фазе относительно на Введем новые комплексные переменные (§ 54), удовлетворяющие в силу (145.02) уравнению

Знаки соответствуют волнам, поляризованным по кругу в противоположных направлениях. Полагая и С получим

Выражение (145.05) обобщает (137.03) для поляризованной по кругу волны при наличии магнитного поля, делающего вещество гиротропным.

Результирующая поляризация определяется смещением всех электронов и всех ионов. Пусть в единице объема вещества имеется электронов с собственной частотой ионов с зарядами и частотами Тогда комплексная поляризуемость единицы объема равна

Для ионов можно считать (в силу их большой массы) поэтому, пользуясь (145.05), получим

Отсюда видно, что различие в поляризуемости вещества для волн, поляризованных по кругу в противоположных направлениях, обусловлено только электронной поляризацией.

Учитывая отличие действующего поля от среднего получим аналог формулы Лоренца-Лоренца для комплексного показателя поляризованных по кругу волн.

Согласно (115.16) угол поворота плоскости поляризации на единицу длины (удельный угол вращения) определяется разностью показателей преломления, то есть

(так как Для упрощения будем пренебрегать затуханием, то есть положим С достаточной точностью поэтому

следовательно,

Удельный угол вращения пропорционален напряженности магнитного поля, так как

Выражение (145.11) учитывает дисперсию эффекта Фарадея в областях а), удаленных от собственных полос поглощения. Вблизи линии поглощения в сумме (145.08) надо оставить только один член и сохранить член учитывающий затухание. Полагая для газа и заменяя вблизи разность через

получим

Вращение плоскости поляризации определяется действительной частью этого выражения. Подставляя ее в (145.09), находим

Зависимость частоты в области линии поглощения показана на рисунке 83. Так как «сила осциллятора», число атомов в единице объема), то, измеряя ход А вблизи линии поглощения, можно определить силу осциллятора

Рис. 83.

Изложенная теория явления Фарадея не учитывает эффектов, связанных со спином электронов. Поэтому она применима для атомов и молекул, результирующий электронный спин которых равен нулю.

Отношение называется постоянной Верде; как видно из теории, практически не зависит от температуры. Для волн длиной для воды и 0,0667 для

Изложенная теория применима и к свободным электронам в полупроводниках. Выше отмечалось, что в этом случае Отвлекаясь от различия между действующим и макроскопическим полями и предполагая, что электрическое высокочастотное поле направлено по оси х, можно систему (145.02) переписать в форме

где составляющие скорости электрона. Пусть пропорциональны Вводя время релаксации получим

Отсюда

Высокочастотная проводимость полупроводника будет равна

где - статическая проводимость вещества число носителей тока в единице объема).

Высокочастотные потери в единице объема пропорциональны действительной части проводимости, которая согласно (145.17) равна

Отсюда видно, что при определенной частоте может наблюдаться резкий максимум поглощения. Этот эффект был предсказан в 1951 году Дорфманом и назван им диамагнитным резонансом, так как частота связана с ларморовской частотой соотношением В настоящее время этот эффект называют циклотронным резонансом, так как частота совпадает с частотой частицы, ускоряемой в циклотроне.

Действительно, при отсутствии внешнего электрического поля и силы трения электрон полупроводника в магнитном поле двигается по окружности радиуса скорость, перпендикулярная к с постоянной частотой (§ 54). При возникает резонанс.

Рассмотрим несколько предельных случаев.

1) Пусть (сильное магнитное поле). Радиусы «циклотронных» орбит носителей тока малы и скорость их «дрейфа» в электрическом поле также мала. Из (145.18) и (145.03) имеем Следовательно, поглощение пропорционально

2) Если а) (слабое магнитное поле), то у практически не зависит от стремясь, к нулю с увеличением

3) При наблюдается резонансное циклотронное поглощение. В этом случае то есть высокочастотная резонансная проводимость равна половине статической. С другой стороны, высокочастотная проводимость при отсутствии магнитного поля равна

Поэтому при резонансе

Измерение этого отношения позволяет определить время релаксации (время свободного пробега) носителей тока.

Определение резонансной частоты в поле позволяет измерить эффективную массу носителей тока, так как по В 1955 году Киттель, Кип и Дрессельхауз наблюдали резонансное поглощение волн в кристаллах германия -типа при частоте эрстед и (при измерениях частота оставалась постоянной, а менялась напряженность поля). Полуширина резонансной линии была порядка 100 эрстед. Отсюда эффективная масса электронов в зоне проводимости равна а время свободного пробега равно сек. В кристаллах -типа при той же частоте наблюдались два резонансных максимума — для эрстед и эрстед с полуширинами резонансных линий 50 и 100 эрстед соответственно. Отсюда эффективные массы дырок равны а время пробега равно сек и сек. Дальнейшие исследования показали, что энергетические зоны германия имеют весьма сложную структуру и эффективная масса носителей анизотропна, то есть зависит от направления движения носителя в кристалле. Для анализа результатов этих исследований требуется более точная теория.

1
Оглавление
email@scask.ru