Гигантские квантовые осцилляции поглощения звука. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Эффект обусловлен квантованием энергии электронов проводимости металла в магн. поле (см. квантовые уровни). В результате квантования энергия электронов e в простейшем случае квадратичного изотропного закона дисперсии электронов

(т - эффективная масса электрона, р - его квазиимпульс) приобретает вид

Здесь n - квантовое число (n=0, 1, 2, . . .),

- циклотронная частота электронов (е - его заряд),

- проекция его квазиимпульса на направление магн. поля

. Звуковые волны с частотой

и волновым вектором q можно рассматривать как поток фононов с энергией

(s - скорость звука) и квазиимпульсом

, а поглощение звука в металле - как прямое поглощение фононов электронами проводимости. При этом в каждом акте поглощения должны выполняться законы сохранения энергии и проекции квазиимпульса на направление

Подставляя р'_H из (2), преобразуя (3) и считая q_H достаточно малым (чтобы пренебречь членом

), получаем:

В достаточно сильных полях H, когда

(

-Ферми скорость), условие (4) может выполняться только при п' = п. Это означает, что возможны энергетич. переходы электронов только с сохранением числа п. При этом условие (4) имеет вид

откуда следует, что в переходах могут участвовать только электроны с квазиимпульсом, удовлетворяющим соотношению

где

- угол между направлением распространения звука и магн. полем

. Поскольку скорость звука s гораздо меньше скорости Ферми

, то

гораздо меньше квазиимпульса Ферми

(если угол

достаточно отличается от прямого).

Если изобразить энергии

электронов как функции

, то получим систему парабол (рис.). Изменяя угол

, можно изменять

электронов, участвующих в поглощении звука. С др. стороны, если

(T - температура), то в поглощении звука могут участвовать только электроны, находящиеся в интервале размытия распределения Ферми, т. е. в интервале энергий шириной

вблизи ферми-энергии, . Поэтому кривые зависимости энергии электрона от

для разных n пересекаются полосой ширины kT, середина к-рой совпадает с уровнем Ферми

. Ширина полосы меньше расстояния между кривыми, что соответствует условию

. Проецируя участки кривых, пересекаемые полосой, на ось абсцисс, видим, что в области размытия распределения Ферми существуют интервалы разрешённых и запрещённых значений р_Н (первые отмечены жирными отрезками). Положения этих отрезков зависят от

, поскольку с изменением

меняются расстояния между кривыми. Когда при изменении

периодически попадает в интервал разрешённых значений

, имеет место сильное поглощение звука; в противном случае поглощение мало. Г. к. о. имеют место при условии [1]:

При меньших полях Н Г. к. о. могут иметь место также за счёт переходов с изменением квантового числа га. Г. к. о. могут иметь место и в том случае, если траектории электронов в магн. поле открытые. Однако в этом случае осцилляц. максимумы расширяются, а интервалы между ними сужаются. Уширение осцилляц. максимумов, как правило, происходит и при возрастании интенсивности звука [3-5].

Литература по гигантским квантовым осцилляциям поглощения звука

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.