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, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.