к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Магнетосопротивление

Магнетосопротивление - изменение удельного сопротивления r проводника (металла, полуметалла, полупроводника) во внешнем магн. поле Н. Количественно М. характеризуется скалярной величиной2560-148.jpg М.- чётное гальваномагнитное явление. Классич. М. обусловлено искривлением траекторий носителей заряда (для определённости электронов проводимости) под действием магн. поля. Мерой искривления может служить отношение характерного размера траектории в магн. поле (напр., радиуса кривизны rдлине свободного пробега электрона l. Это отношение можно представить в виде отношения Н/Н0, где H0=cp/el (p - импульс электрона, е - его заряд). При2560-149.jpg как продольное (ток 2560-150.jpg ), так и поперечное 2560-151.jpg магнетосопротивление2560-152.jpgпорядка (H/H0)2, т. е. магнетосопротивление мало. При 2560-153.jpg искривление траекторий существенно, и магнетосопротивление велико. При 2560-154.jpg расстояние между квантовыми уровнями электрона в магн. поле становится больше, чем тепловое размытие (kT)уровней и квантование движения электронов существенно влияет на магнетосопротивление (подробнее см. в ст. Гальвано магнитные явления).

Аномальное магнетосопротивление. В ряде веществ наблюдается значительное магнетосопротивление при 2560-155.jpg , знак которого может быть как положительный, так и отрицательный. Такими веществами являются, напр., ферро- и антиферромагн. металлы. Причины этого, как правило, внешние по отношению к электронам: при 2560-156.jpg исчезает доменная структура, уменьшается плотность магнонов и др.

В немагнитных проводниках аномальное М., как правило, обусловлено квантовыми эффектами в движении электронов, вклад к-рых определяется соотношением между длиной волны де Бройля электрона 2560-157.jpg и длиной его свободного пробега l. При2560-158.jpg (высокая концентрация примесей, высокая температура) электронные состояния становятся локализованными (см. Андерсоновская локализация), т. е. квантовые эффекты приводят к исчезновению проводимости. В хороших проводниках 2560-159.jpg и проводимость 2560-160.jpg определяется Друде формулой:

2560-161.jpg

где N - концентрация электронов. Квантовые эффекты в этом случае приводят к малым поправкам в ф-ле Друде, к-рые, однако, существенно зависят от магн. поля Н. Поправки обусловлены интерференцией электронных состояний с состояниями, "обращёнными во времени", и важны для электронных траекторий с самопересечениями (рис. 1, см. Интерференция состояний). Фазы, "набираемые" электронными волновыми функциями (в отсутствие поля Н)при прохождении электроном замкнутого участка траектории по и против часовой стрелки, равны (2560-162.jpg ). Поэтому интерференц. слагаемые в выражении для вероятности возврата в точку 0 велики, т. е. дают такой же вклад, как и классические. В итоге интерференция приводит к затруднению диффузии электрона из точки А в точку В и является причиной локализации и, следовательно, убывания 2560-163.jpg, т. е. роста2560-164.jpg. Можно показать, что интерференц. вклад в а зависит от размерности пространства d:

2560-165.jpg

Здесь 2560-166.jpg , где D - коэф. диффузии электронов, 2560-167.jpg - время "сбоя" фазы волновой функции электрона (время фазовой релаксации), в течение к-рого электронное состояние можно считать когерентным. Величина 2560-168.jpg определяется неупругими процессами и в общем случае не совпадает со временем релаксации энергии (короче него). Величина 2560-169.jpg имеет смысл макс. размера траекторий, на к-рых возможна интерференция состояний. Двумерная ситуация соответствует неравенству 2560-170.jpg, где а - толщина образца. Т. к. , то переход от трёхмерной к двумерной ситуации 2560-171.jpg и соответствующий размерный эффект квантового вклада в сопротивление возникают при 2560-172.jpg . Наиб. ярко локализац. эффекты проявляются при d=2 (плёнки, инверсионные слои), где интерференц. вклад в а растёт с ростом2560-173.jpg

Отрицательное магнетосопротивление. При наличии магн. поля фазы, набираемые электронными волновыми функциями при распространении по и против часовой стрелки, становятся различными2560-174.jpg Поэтому отрицательный интерференц. вклад в проводимость 2560-175.jpg уменьшается по величине, т. е. 2560-176.jpg вырастает, а сопротивление 2560-177.jpg убывает - возникает о т-рицательное магнетосопротивление. В магн. поле разность фаз 2560-178.jpg интерферирующих волновых функций становится равной 2Ф/Ф0, где Ф - магн. поток, пронизывающий траекторию электрона, а2560-179.jpg- квант магнитного потока .Поле 2560-180.jpg, при к-ром подавление интерференц. вклада становится существенным 2560-182.jpg , имеет порядок:

2560-183.jpg

(v - скорость электрона, 2560-184.jpg - характерная площадь траектории). Из (3) видно, что 2560-185.jpg . Изменения проводимости s в области 2560-186.jpg приближённо равны:

2560-187.jpg

2560-181.jpg

В трёхмерном случае эффект не зависит от угла между H и j; в двумерном отрицат. магнетосопротивление анизотропно. Наиболее яркие проявления интерференц. эффектов - осцилляции сопротивления многосвязных образцов в магнитном поле - аналог Ааронова - Бома эффекта (рис. 2).

2560-188.jpg

Рис. 2. Зависимость сопротивления R полого цилиндра из Li от магнитного поля S, параллельного оси цилиндра; сплошная кривая - данные эксперимента, штриховая - теоретическая.

Влияние спиновых эффектов. При рассеянии электрона на немагн. примесях, дефектах или поверхности образца из-за спин-орбитального взаимодействия подавляется когерентность между 2 сопряжёнными волновыми функциями в триплетном канале (полный спин 1), в то время как когерентность в синглетном канале (полный спин 0) сохраняется. Рассеяние на магн. примесях, приводящее к перевороту спина, подавляет когерентность в обоих каналах. Интерференц. слагаемое, соответствующее синглетному каналу, входит со знаком, противоположным бесспиновому случаю. Подавление этого вклада магн. полем соответствует аномальному положит. М. Поле 2560-189.jpg, характеризующее его, можно получить из оценки (3) заменой 2560-190.jpg , где 2560-191.jpg . Здесь2560-192.jpg- частота актов магн. рассеяния.

Влияние энергетического спектра носителей. К аномальному положит. М. могут привести и особенности энергетич. спектра носителей заряда. В нек-рых полупроводниках 2560-193.jpg валентная зона 4-кратно вырождена в центре зоны Бриллюэна. В результате возникает 4 интерференц. вклада, каждый из к-рых характеризуется своим временем фазовой релаксации. При сильной деформации, снимающей вырождение валентной зоны, положит. аномальное М. меняется на отрицательное.

Межэлектронное рассеяние усложняет описанную картину. С одной стороны, межэлектронное рассеяние даёт вклад во время фазовой релаксации 2560-194.jpg (в ряде случаев определяющий). С др. стороны, оно является источником специфич. квантовых вкладов, чувствительных к магн. полю: взаимодействие флуктуации плотности электронов и образование электронных пар (аналогичное сверхпроводящему спариванию). Магн. поле влияет на эти процессы по-разному. В частности, возникает М. в полях 2560-195.jpg . Появление такого масштаба обусловлено тем, что энергии двух интерферирующих электронных состояний различаются на величину порядка 2560-196.jpg;. соответственно, скорость рас-фазировки порядка2560-197.jpg. При учёте спиновых эффектов появляются также вклады, характеризующиеся зависимостью 2560-198.jpg от Н при 2560-199.jpg (2560-200.jpg - магнетон Бора, g - фактор спектроскопич. расщепления).

Т. о., аномальное М. характеризуется разнообразными зависимостями от магн. поля. Исследование этих зависимостей в сочетании с изучением классич. магнетосопротивления и температурных зависимостей магнетосопротивления позволяет определить такие характеристики электронов в проводниках, как энерге-тич. спектр, механизмы релаксации, константы межэлектронного взаимодействия, времена фазовой и спиновой релаксации и др.

Литература по магнетосопротивлению

  1. Альтшулер Б. Л. и др.. Об аномальном магнетосопротивлении в полупроводниках, "ЖЭТФ", 1981, т. 81, с. 768;
  2. Аltshulеr В. L. et al., Coherent effects in disordered conductors, в кн.: Quantum theory of solids, Moscow, 1982;
  3. Bergmann G., Weak localisation in thin films, a time - of-flight experiment with conduction electrons, "Phys. Repts", 1984, v. 107, p. 1;
  4. Altshuler B. L., Aronov A. G., Electron-electron interaction in disordered-systems, в кн.: Electron-electron interactions in disordered conductors, Amst., 1985;
  5. Lee P. A., Ramakrishnan T. V., Disordered electronic systems, "Rev. Mod. Phys.", 1985, v. 57, p. 287.

Ю. M. Гальперин

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 03.12.2019 - 22:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
03.12.2019 - 11:12: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 19:55: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 18:13: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.11.2019 - 08:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:30: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:27: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
23.11.2019 - 12:17: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
19.11.2019 - 09:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
18.11.2019 - 19:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution