Исследования по теории электромагнитных явлений в металлах

• Автор: Макаров, Николай Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 282 c. : ил

Глава I. Циклотронный резонанс в слабых магнитных полях

- эффект запаздывания. Теория фонового сигнала

§ I. Вводные замечания. Плотность тока

§ 2. Поверхностный импеданс

§ 3. Влияние анизотропии поверхности Ферми и электрон-фононного взаимодействия

§ 4. Теория фонового сигнала

Глава II. Импеданс металла в сильных магнитных полях.

Адиабатические эффекты в поверхностном рассеянии электронов

§ 5. Физический анализ особенностей поверхностной

релаксации электронов

§ 6. Граничное условие для функции распределения.

Плотность тока поверхностных электронов
§ 7. Слабые корреляции (1«А)
§ 8. Сильные корреляции ()
§ 9. Обсуждение результатов
Глава III. Аномальное проникновение электромагнитного поля
в металл по цепочке электронных траекторий
§ 10. Общие сведения об эффекте. Постановка задачи
§ II. АП в металл с диффузной границей
§ 12. АП в металл с зеркальной границей
§ 13. Цепочка электронных траекторий в наклонном
магнитном поле
Глава IV. Возбуждение коротких циклотронных волн с помощью эффектов траекторного переноса. Резонанс и волны на поверхностных электронах

§ 14. Волны в металлах с идеальной поверхностью
§ 15. Резонанс и волны на поверхностных электронах
§ 16. Циклотронные волны при диффузном отражении
электронов
Глава V. Нелинейный аномальный скин-эффект и "токовые
состояния" в металлах
§ 17. Механизм нелинейности
§ 18. Концепция неэффективности в нелинейной
теории
§ 19. Нелинейный аномальный скин-эффект
§ 20. Теория "токовых состояний" в металлах
Заключение
Приложение I
Приложение 2. Функция Р (£) в отсутствие магнитного
поля
Приложение 3. Функция Р (?) в магнитных полях (4.4)
при диффузном отражении электронов
Приложение 4. Асимптотика плотности тока и поверхностный импеданс при зеркальном и почти зеркальном отражении
Приложение 5. Средняя квазиклассическая плотность тока
поверхностных электронов
Приложение б. функция Р(£) в сильном магнитном поле (5.1), (5.17) при крутом падении электронов (7.12) в отсутствие корреляции
(9*»1со + гУ1)
Приложение 7. Обоснование нелинейной концепции неэффективности
Литература

Настоящая диссертационная работа посвящена теории высокочастотных свойств нормальных немагнитных металлов. Речь пойдет в основном о явлениях,наблюдающихся при низких температурах в металлическом образце, помещенном в параллельное его поверхности постоянное магнитное поле.
Интенсивное теоретическое исследование электромагнитных явлений в металлах началось с аномального скин-эффекта [1]. Открытие циклотронного резонанса [2] изменило представление о свойствах металла в магнитном поле.В работе [з] была доказана принципиальная возможность возбуждения в металлах незатухающих электромагнитных волн на частотах, много меньших плазменной. К настоящему времени теоретически предсказано и экспериментально обнаружено существование многих типов вторичных бозевских ветвей в электронном спектре металла - геликонов, спиновых, циклотронных и квантовых волн, допплеронов. Помимо возбуждения собственных колебаний, в металлах была открыта еще одна возможность проникновения электромагнитных волн - аномальное проникновение траекторного типа, или траекторный перенос. Даже столь беглое перечисление свидетельствует о разнообразии высокочастотных свойств металлов в магнитном поле. Этому вопросу посвящено большое число оригинальных работ, несколько обзоров и монографий (см., например,[4-21]).
Необходимость изучения электромагнитных явлений в металлах обусловлена несколькими причинами. Во-первых, металлу присущи такие высокочастотные свойства (например, допплероны, аномальное проникновение, циклотронный резонанс, нелинейные явления в условиях аномального скин-эффекта), которые не имеют аналогов ни в газоразрядной плазме, ни в полупроводниках. Типичные же плазменные эффекты в металлах отличаются настолько, что требуют
ляционной зависимости !&СЮ , связанной с циклотронным резонансом. Здесь мы остановимся на исследовании плавной немонотонной зависимости поверхностного импеданса от магнитного поля.
Еще в первых экспериментах по наблюдению ЦР [67-70] на кривой ХСЮ был хорошо виден плавный широкий максимум, который предшествовал осцилляциям ЦР (так называемый "фоновый сигнал" - " 4а-ск^гоагкА 5>^п.а[ "). В низкочастотной области фоновый сигнал существовал "сам по себе", поскольку импеданс металла при оо«^ представляет собой плавную функцию Н во всей области значений магнитного поля. Анализу этого явления и посвящен настоящий параграф.
О причине появления фонового сигнала высказывали свои соображения многие авторы [71,58,60,72]. Она состоит в следующем. Как отмечалось выше, из-за аномальности скин-эффекта (1.4),(1.16) характер взаимодействия электронов с электромагнитным полем в скин-слое определяется соотношением между эффективной длиной свободного пробега £ = ЯТ/^-гсо! и длиной дуги ларморовской окружности электрона в скин-слое Ло=С&Я$0'//а' .В слабых магнитных полях (1.3), когда
<<с А. _ (4.1)

электрон эффективно взаимодействует с полем в скин-слое лишь в течение времени і /тг =• IV - гоо І-1- . За это время либо электрон уйдет из скин-слоя из-за столкновения с объемным рассеивателем (если со< V ), либо изменится фаза волны (при N><00 ). Таким образом, электрон не успевает "почувствовать" действие постоянного магнитного поля. В главном приближении по параметру IVі 0 эта ситуация соответствует Н
По мере увеличения магнитного поля И неравенство (4.1) изменяется на противоположное