Высокочастотная проводимость. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Высокочастотная проводимость - характеристика

проводников (металлов, полупроводников и др.), посредством к-рой задается линейная связь между плотностью тока j и напряженностью приложенного перем. электрич. поля частоты

Выражение (1) естественным образом обобщает Ома закон .Оно справедливо в локальном пределе, когда т. н. эффективная длина i_эф свободного пробега носителей заряда (для определенности электронов) ограничена:

Здесь

- характерный размер, на к-ром изменяется поле

- длина свободного пробега электрона,

- ср. скорость электронов (в металлах и вырожденных полупроводниках

10⁷-10⁸ см/с, в обычных полупроводниках

скорость теплового движения),

- время между столкновениями (время релаксации) электронов. Обычно

лежит в пределах 10^-9- 10^-13 с и зависит от температуры и чистоты проводника и, кроме того, может изменяться с частотой.

В изотропных средах высокочастотная проводимость определяется (по порядку величины) соотношением:

Здесь

- плазменная частота электронов, п - их концентрация, m*- эффективная масса электрона, е - его заряд. В анизотропных средах

- тензор. При выполнении условия (2) описание высокочастотной проводимости возможно путём введения т. н. эффективной диэлектрич. проницаемости, учитывающей вклад электронов:

где

- диэлектрич. проницаемость ионной решётки. Зависимость

от частоты (временная дисперсия

) в электронных проводниках, в отличие от диэлектриков, проявляется, начиная с низких частот. Это - следствие наличия свободных носителей заряда, способных изменять свою энергию на сколь угодно малую величину. Роль характерной частоты, определяющей временную дисперсию, при низких частотах играет частота столкновений электронов

, при высоких - плазменная частота. При

вклад электронов проводимости в

мал и различие между проводником и диэлектриком исчезает.

При

ток проводимости обусловливает быстрое затухание эл.- магн. волны в тонком слое толщиной

вблизи поверхности проводника (см. Скин-эффект ).Если при этом оказывается, что , то проводимость становится нелокальной: ток определяется значениями поля в области с размерами порядка

. В этом случае необходим учет дисперсии пространственной, вследствие которой высокочастотная проводимость зависит от квазиимпульса, определяя связь между пространственными Фурье-компонентами плотности тока j и электрич. поля E. Учёт пространств. дисперсии необходим при низких темп-pax, когда длина свободного пробега становится достаточно большой.

При наложении постоянного магнитного поля H высокочастотная проводимость претерпевает существенные изменения: в

даже в случае изотропного проводника появляются недиагональные холловские компоненты (см. Холла эффект; )кроме того, временная дисперсия определяется также и значением циклотронной частоты

. Последнее играет особенно важную роль при

, приводя к появлению циклотронного резонанса слабозатухающих волн - геликонов, магнитоплазменных (магнитогидродинамических), циклотронных и доплеронов, а также размерных эффектов в магн. поле.

T. к. поле и ток в проводниках сосредоточены вблизи поверхности, то существующие в магн. поле магнитные поверхностные уровни приводят к резонансным особенностям в относительно слабых полях, когда

. В сильных магн. полях, удовлетворяющих условию

, в высокочастотной проводимости металлов и вырожденных полупроводниках проявляются квантовые осцилляции. Наличие у проводника магн. свойств (парамагнетизма, ферромагнетизма, антиферромагнетизма) отражается на высокочастотной проводимости благодаря зависимости его магн. восприимчивости от

Знание высокочастотной проводимости позволяет вычислить распределение электрич. поля в проводнике, поверхностный импеданс, характеризующий амплитуду и фазу отражаемой проводником волны, и коэф. прохождения волны через образцы ограниченных размеров (см. Импеданс).

Литература по высокочастотной проводимости

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.