(т - эфф. масса электрона, T-температура, е - заряд электрона;
см. Гальваномагнитные явления)и оптич. ветви в колебат. спектре полупроводника
(см. Колебания кристаллической решётки).Циклотрон-фононный резонанс - резонансное поглощение эл--магн. энергии, обусловленное переходами электронов между
квантовыми уровнями при участии оптич. фононов. Наблюдается при распространении эл--магн.
волн в полупроводнике, находящемся в пост. магн. поле H. Необходимыми
условиями возникновения Ц--ф. р. являются наличие достаточно сильного (квантующего)
магн. поля H>mckT/|e|(т - эфф. масса электрона, T-температура, е - заряд электрона;
см. Гальваномагнитные явления)и оптич. ветви в колебат. спектре полупроводника
(см. Колебания кристаллической решётки).
Электроны в квантующем магн. поле имеют непрерывный
энергетич. спектр для движения вдоль магн. поля и дискретный - для поперечного
движения. Если зависимость энергии электрона 
от его квазиимпульса p изотропна и квадратична, то энергия
электрона определяется соотношением
Здесь n - целое положит. число, рH - компонента квазиимпульса в направлении H, wс
= |е|Н/тс- циклотронная частота электрона. Условие 
(w - частота внеш. эл--магн. поля, рH фиксировано)
приводит к циклотронному резонансу.
Однако если расстояние между уровнями совпадает с суммой или разностью энергий оптич.
фонона и фотона, в поглощении эл--магн. энергии также наблюдается резонанс на
частоте w (рис. 1).
Рис. 1. Электронные переходы с участием оптического
фонона (
=1).
Если учесть возможность многофононных и многофотонных
процессов, условие циклотрон-фононного резонанса будет иметь вид:
Здесь w0
- частота оптич. фонона. Величина i-l называется номером гармоники. Далее
будет считаться i1 = 1, i2=
b1.
Ц--ф. р. обусловлен перебросом электронов между
уровнями за счёт взаимодействия электронов с оптич. фононами и фотонами.
В отсутствие фотона Ц--ф. р. переходит в магнитофононный резонанс .Коэф.
поглощения эл--магн. энергии при Ц--ф. р. зависит от характера поляризации эл--магн.
волны. Если вектор электрич. поля волны E | H, то
Ц--ф. р. имеет место, в обратном случае Ц--ф. р. отсутствует.
Коэффициент затухания x волны зависит
от величины расстройки резонанса Di = w - wi(wi-резонансная
частота).
Кривая поглощения (рис. 2) резко асимметрична.
При определ. условиях линия Ц--ф. р. может принимать более сложную форму, напр.
расщепиться на неск. линий, и у осн. линий Ц--ф. р. могут появиться спутники.
Ц--ф. р. чувствителен к внеш. воздействиям: напр., наличие поперечного пост.
электрич. поля "размывает" пик x.
Рис. 2. Линия поглощения циклотрон-фононного резонанса.
Если хотя бы один из размеров образца d достаточно
мал (напр., образец - тонкая плёнка), то возникает дополнит. размерное квантование
спектра (см. Квантовые размерные эффекты ).Если ось оz направлена
вдоль толщины плёнки, то энергетич. спектр электронов имеет вид
Дискретизация электронного спектра в направлении
оz приводит к т. н. размерно-фононному резонансу, связанному с переходом
электрона между уровнями размерно-квантованного спектра за счёт поглощения оптич.
фонона и фотона. Если вдоль оси оz приложить квантующее поле H, то электронный спектр становится полностью дискретным и условие резонанса
приобретает вид
Из ур-ния (4) видно, что кроме линий Ц--ф. р.
(п21 - n22= 0) и размерно-фононного
резонанса (i = 0) возникают новые серии линий размерно-циклотрон-фононного
резонанса.
Наряду с обычным Ц--ф. р. наблюдаются Ц--ф. р., сопровождающийся переворотом спина электрона, и много-фононный Ц--ф. р. В полупроводнике при определ. условиях существует такая область параметров, в к-рой дисперсия преобладает над затуханием волны, и может возникать широкий набор циклотрон-фононных волн.
|
|
 |
