Статический скин-эффект. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Статический скин-эффект - концентрация токовых линий (постоянного тока) вблизи поверхности электронного проводника, помещённого в сильное магн. поле Н. Статический скин-эффект наблюдается при низких температурах, когда осуществляется условие

, где w_с - циклотронная частота электронов, а

- частота столкновений электронов в объёме проводника. Это означает, что время свободного пробега электрона во много раз больше периода обращения по орбите. При этом токовые линии концентрируются в слое толщиной порядка радиуса электронной орбиты в магн. поле

, где V_F - фермиевская скорость. В отличие от скин-эффекта в перем. поле, когда весь ток сконцентрирован в приповерхностном слое, при статическом скин-эффекте плотность пост. тока j при удалении в глубь образца стремится не к нулю, а к значению, характерному для массивного образца, когда можно не учитывать столкновения электронов с границами образца.

Причина статического скин-эффекта заключается, в существовании вблизи границы проводника слоя (толщиной

) с большей, чем в объёме, проводимостью. При

поперечные (относительно Н) компоненты тензора проводимости для металлов с замкнутыми ферми-поверхностями тем больше, чем чаще происходят столкновения электронов с границей. При этом величины компонент тензора проводимости в магн. поле значительно меньше проводимости при Н = 0 (см. Гальваномагнитные явления, Магнетосопротивление). Электроны из приграничного слоя толщиной

обязательно (при каждом обороте вокруг магн. поля Н) сталкиваются с границей, что и приводит к существованию хорошо проводящего слоя вблизи границы (рис., а, 6).

Конкретное значение приповерхностной проводимости a_s зависит от состояния границы образца (атомногладкая или шероховатая), а также от структуры ферми-поверхности проводника. В частности, если ферми-поверхность имеет неск. полостей, то при столкновении с границей образца электрон может «перескочить» с одной полости на другую (многоканальное рассеяние; рис., в). Это существенно изменяет движение электрона под действием магн. поля по сравнению с его движением в объёме проводника и проявляется в величине приповерхностной проводимости. Макс. отличие приповерхностной проводимости от объёмной имеет место тогда, когда в объёме проводника электроны движутся по замкнутым орбитам, а за счёт столкновения с границей - по открытым траекториям (рис.). Тогда проводимость вблизи границы

порядка объёмной 0 при Н = 0 и, естественно, значительно больше, чем в объёме.

Типы открытых траекторий, возникающих при зеркальном отражении электрона от границы металл - вакуум: а, б - электрон остаётся на одной и той же полости поверхности Ферми; в - электрон поочерёдно «перепрыгивает» с электронной полости на дырочную.

При больших плотностях тока становится существенным влияние собств. магн. поля тока H_j на движение электронов. Т. к. в центре пластины (проволоки) H_j = 0, то роли H_j к Н противоположны: внеш. магн. поле концентрирует токовые линии у поверхности, а собств. магн. поле тока - в центре (см. Пинч-эффект).

Непосредств. наблюдение С. с--э. затруднительно. С. с--э. проявляется по зависимости сопротивления образцов конечной толщины (пластин, проволок) от магн. поля (см. нижеследующую табл., а также табл. в ст. Размерные эффекты).

Выражения для проводимости проводников конечных размеров, демонстрирующих статический скин-эффект (компенсированные металлы;)

Для наблюдения С. с--э. используют металлы, у к-рых объёмная проводимость в магн. поле при

заметно меньше, чем при Н = 0. В этом смысле особенно показательны образцы конечных размеров из компенсиров. металлов или собств. полупроводников (число электронов равно числу дырок), т. к. у них в магн. поле объёмная поперечная проводимость в

раз меньше, чем при Н = 0. При выборе размеров образцов (толщины пластины d, радиуса проволоки R) необходимо, чтобы роль приповерхностного слоя была заметной и не перекрывалась проводимостью «сердцевины», в к-рой электроны вовсе не сталкиваются с границей.

Если магн. поле Н параллельно граням пластины из компенсиров. металла (либо собств. полупроводника), то

, где W - параметр, определяющий степень зеркальности отражения электронов границами образца;

- угол между j и Н. С. с--э. определяет проводимость образца, когда отражение зеркально (W = 0) при

, когда отражение диффузно (W = 1) при

Чувствительность С. с--э., как и др. гальваномагн. явлений, к геометрии ферми-поверхностей металлов, а также к характеру отражения электронов границей образца делает его источником информации не только об электронном энергетич. спектре проводников, но и о структуре его границ. Эффект, аналогичный С. с--э., должен наблюдаться при наличии плоских дефектов внутри проводника (напр., границ кристаллитов), столкновения с к-рыми в сильном магн. поле (

) могут привести к концентрации токовых линий вблизи дефектов.

Литература по статическому скин-эффекту

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.