Главная » 2014 » Июнь » 19 » Скачать Исследования по теории электромагнитных явлений в металлах. Макаров, Николай Михайлович бесплатно
05:01
Скачать Исследования по теории электромагнитных явлений в металлах. Макаров, Николай Михайлович бесплатно
Исследования по теории электромагнитных явлений в металлах
Диссертация
Автор: Макаров, Николай Михайлович
Название: Исследования по теории электромагнитных явлений в металлах
Справка: Макаров, Николай Михайлович. Исследования по теории электромагнитных явлений в металлах : диссертация доктора физико-математических наук : 01.04.02 Харьков, 1984 282 c. : 71 85-1/280
Объем: 282 стр.
Информация: Харьков, 1984
Содержание:
Введение
Глава I Циклотронный резонанс в слабых магнитных полях
• эффект запаздывания Теория фонового сигнала
§ I Вводные замечания Плотность тока
§ 2 Поверхностный импеданс
§ 3 Влияние анизотропии поверхности Ферми и электрон-фононного взаимодействия
§ 4 Теория фонового сигнала
Глава П Импеданс металла в сильных магнитных полях
Адиабатические эффекты в поверхностном рассеянии электронов
§ 5 Физический анализ особенностей поверхностной релаксации электронов ?
§ 6 Граничное условие для функции распределения
Плотность тока поверхностных электронов
§ 7 Слабые корреляции (Л «Л)
§ 8 Сильные корреляции (А^А)
§ 9 Обсуждение результатов
Глава Ш Аномальное проникновение электромагнитного поля в металл по цепочке электронных траекторий
§ 10 Общие сведения об эффекте Постановка задачи
§ II АП в металл с диффузной границейIII
§ 12 АП в металл с зеркальной границей
§ 13 Цепочка электронных траекторий в наклонном магнитном поле
Глава 1У Возбуждение коротких циклотронных волн с помощью эффектов траекторного переноса Резонанс и волны на поверхностных электронах
§ 14 Волны в металлах с идеальной поверхностью
§ 15 Резонанс и волны на поверхностных электронах
§ 16 Циклотронные волны при диффузном отражении электронов
Глава У Нелинейный аномальный скин-эффект и "токовые состояния" в металлах
§ 17 Механизм нелинейности
§ 18 Концепция неэффективности в нелинейной теории
§ 19 Нелинейный аномальный скин-эффект
§ 20 Теория "токовых состояний" в металлах
Введение:
Настоящая диссертационная работа посвящена теории высокочастотных свойств нормальных немагнитных металлов. Речь пойдет в основном о явлениях,наблюдающихся при низких температурах в металлическом образце, помещенном в параллельное его поверхности постоянное магнитное поле.
Интенсивное теоретическое исследование электромагнитных явлений в металлах началось с аномального скин-эффекта [1]. Открытие циклотронного резонанса [2] изменило представление о свойствах металла в магнитном поле.В работе [з] была доказана принципиальная возможность возбуждения в металлах незатухающих электромагнитных волн на частотах, много меньших плазменной. К настоящему времени теоретически предсказано и экспериментально обнаружено существование многих типов вторичных бозевских ветвей в электронном спектре металла - геликонов, спиновых, циклотронных и квантовых волн, допплеронов. Помимо возбуждения собственных колебаний, в металлах была открыта еще одна возможность проникновения электромагнитных волн - аномальное проникновение траекторного типа, или траекторный перенос. Даже столь беглое перечисление свидетельствует о разнообразии высокочастотных свойств металлов в магнитном поле. Этому вопросу посвящено большое число оригинальных работ, несколько обзоров и монографий (см., например, [4-21]).
Необходимость изучения электромагнитных явлений в металлах обусловлена несколькими причинами. Во-первых, металлу присущи такие высокочастотные свойства (например, допплероны, аномальное проникновение, циклотронный резонанс, нелинейные явления в условиях аномального скин-эффекта), которые не имеют аналогов ни в газоразрядной плазме, ни в полупроводниках. Типичные же плазменные эффекты в металлах отличаются настолько, что требуют специального рассмотрения.
Своеобразие высокочастотных свойств металлов связано с большой концентрацией носителей электрического тока (плотность N
22 ро 1Сг^-|-10 см ) и, как следствие этого, высокой проводимостью. В металлах плазменная частота электронов 60о Ю^+Ю*^ сек""* значительно превышает частоту обычно используемого радиоизлучения. Это приводит к скин-эффекту - затуханию электромагнитного поля на небольшой глубине и почти полному отражению падающей энергии от металлической поверхности. Из-за скин-эффекта необходимо даже в простейших случаях рассматривать полуограниченный образец и, в частности, исследовать взаимодействие электронов с поверхностью металла. В математическом отношении это существенно усложняет задачу и в то же время обогащает картину электромагнитных явлений. Специфические требования к изучению высокочастотных свойств металлов составляют вторую причину, по которой эти исследования необходимы.
В-третьих, электромагнитные эффекты в металлах превратились в метод изучения фундаментальных свойств проводящих твердых тел. Их теоретическое и экспериментальное исследование помогает выяснять физическую природу взаимодействия электронов с электромагнитным полем. При помощи волновых процессов измеряются характеристики поверхности Ферми, температурная зависимость длины свободного пробега, ее анизотропия и т.д. В последнее время высокочастотные свойства металлов применяются для изучения взаимодействия электронов с границей образца.
Наконец, четвертым стимулом является постоянное развитие эксперимента и технологии получения сверхчистых металлов с идеальной поверхностью. Это заставляет проводить теоретические расчеты в ранее не освоенных областях изменения параметров, учитывать дополнительные факторы, находить новые особенности и закономерности в известных эффектах и объяснять вновь обнаруженные явления.
В диссертации представлена в полном виде теория циклотронного резонанса, проанализирована зависимость поверхностного импеданса металла Й от магнитного поля И в широком интервале изменения И . Выявлены новые особенности в зависимости Х.СЮ как в осциллирующей части импеданса, так и в его плавной части. Построена теория эффекта запаздывания, теория плавного фонового сигнала, теория адиабатического рассеяния электронов на неодно-родностях границы. В диссертации содержится также теория аномального проникновения по цепочке электронных траекторий при диффузном и зеркальном отражениях электронов. Решена задача о возбуждении коротких циклотронных волн с помощью эффектов аномального проникновения. Предсказан своеобразный резонанс и новый тип волны на поверхностных электронах.
Необходимо подчеркнуть, что в этих работах (наряду с некоторыми работами других авторов) впервые было предпринято изучение вопроса о влиянии поверхностного рассеяния электронов на высокочастотные свойства металлов. Было показано, что данный вопрос имеет принципиальное значение, поскольку объем и качество извлекаемой из эксперимента информации связаны с состоянием границы образца. Под влиянием этих работ в физике твердого тела возникло новое направление - физика поверхностных электродинамических явлений в металлах, т.е. явлений, обусловленных взаимодействием электронов с поверхностью образца»
В последние годы появились и продолжают появляться работы,посвященные различным нелинейным электромагнитным свойствам чистых металлов при низких температурах (см., например, [22,23]). Было доказано, что металлу присущи плазменные нелинейные эффекты. Большинство же найденных нелинейностей обладает свойствами,которых нет в таких явно нелинейных объектах, как полупроводники и газоразрядная плазма. Однако, как отмечено в обзоре [23], " на сегодняшний день в области изучения нелинейных свойств металлов, пожалуй, поставлено больше вопросов, чем дано ответов".
В электромагнитных волнах в качестве источника нелинейности обычно выступает сила, действующая на заряженные частицы со стороны электрического поля волны. Большая проводимость металла экранирует образец настолько, что в нем оказывается невозможным создать достаточно сильное электрическое поле. Иными словами,из--за большой величины энергии Ферми в металлах нельзя сильно исказить равновесную функцию распределения электронов. Поэтому электрический ток в металле обычно линеен по электрическому полю волны. Специфика металлической нелинейности заключается в определяющей роли магнитной компоненты электромагнитного поля, которая, будучи много больше электрической, в условиях скин-эффекта может существенным образом изменить траекторию электрона. Таким образом, металл при низких температурах представляет собой наилучший объект для изучения нелинейностей, связанных с силой Лоренца от магнитного поля волны.
Одно из центральных мест в настоящей диссертации занимает теоретическое исследование нелинейных электромагнитных явлений в металлах в условиях аномального скин-эффекта. Это направление является новым в электронной теории твердого тела.
Случай1 .аномального скин-эффекта представляет особый интерес, поскольку в нем участвуют не все, а лишь так называемые "эффективные" электроны, попадающие в скин-слой и взаимодействующие с электромагнитной волной. Движение таких электронов формируется переменным и неоднородным магнитным полем волны. Из-за их малочисленности сильная нелинейность при аномальном скин-эффекте достигается уже при относительно небольших значениях амплитуды .
Для типичных металлов эти значения имеют порядок 0,1+ 10 эрстед.
В диссертации решена задача о нелинейном аномальном скин-эффекте, проанализирована зависимость поверхностного импеданса от амплитуды внешней волны. Здесь содержится теория "токовых состояний" в металлах - своеобразного гистерезисного эффекта выпрямления высокочастотного тока и возбуждения магнитного момента образца.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и семи приложений. Остановимся на кратком содержании отдельных глав диссертации.
