Электронная структура и процессы электропереноса в металлах в сильных магнитных полях

• Автор: Демьянов, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Минск
• Количество страниц: 33 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в области низкотемпературной физики металлов привели к тому, что к началу 70-х годов в общих чертах были описаны поверхности Ферми (ПФ) всех металлов и установлены основные закономерности поведения их кинетических характеристик. Получена обширная и достаточно противоречивая информация о локальных особенностях энергетического спектра электронов проводимости, не учитывающая влияние эффекта магнитного пробоя (МП) на связность листов ПФ. Разнообразие данных о процессах переноса заряда создало предпосылки для появления большого числа теоретических моделей, не позволяющих, тем не менее, адекватно описать низкотемпературные механизмы рассеяния электронов в реальных металлах с учётом топологии их ПФ. Причины ситуации, сложившейся к моменту начала данной работы, были обусловлены проблемами получения чистых совершенных монокристачлических металлов, сложностью и несовершенством экспериментальных методик и, прежде всего, отсутствием систематических комплексных исследований в сильных магнитных полях.
Исследования в сильных магнитных полях, когда на первый план выступает динамика электронов проводимости, позволяют получить разностороннюю информацию об электронном энергетическом спектре и о взаимодействии электронов с дефектами кристаллической решётки. Актуальность исследований процессов рассеяния связана с тем обстоятельством, что в магнитных полях при наличии особенностей у ПФ, приводящих к изменению функции распределения (ФР) электронов, эффективность малоугловых столкновений существенно возрастает. В этом случае зависимости кинетических свойств металлов от величины и ориентации магнитного поля, от температуры, вида и концентрации дефектов, будут определяться типом механизмов рассеяния.
Далеко не все макроскопические явления в металлах могут быть описаны в рамках квазиклассического подхода, не учитывающего, например, квантовый характер МП. Создавая сильное квантовое возмущение в узких областях импульсного пространства, МП влияет на большую группу электронов, качественно изменяя динамику их движения и, соответственно, кинетические и тер-* "'динамические характеристики металлов. Исследование МП существенно не ;ько с точки зрения его влияния на геометрию листов ПФ; появляется воз-= хность для обнаружения и изучения различных эффектов, связанных с герференционной природой когерентного МП.
Актуальность изучения процессов низкотемпературного электропереноса в лах определяется также важными прикладными задачами, связанными с йдием мощных криогенных электромагнитных систем. Использование в .ах таких систем чистых металлов, и прежде всего алюминия, ограни-хя сегодня проблемами их механической прочности и возрастающего с -./й магнитосопротивления (МС). Их решение возможно на основе достовер-

ных результатов и представлений о физических процессах, протекающих в металлах в условиях экстремальных внешних воздействий. Это позволит, с учётом реальных условий эксплуатации, выработать оптимальную технологию изготовления гиперпроводников и на примере действующей модели электромагнитной системы показать перспективность применения А1.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось установление закономерностей изменения связности и геометрии листов ПФ металлов при МП, изучение природы низкотемпературных процессов рассеяния электронов проводимости во взаимосвязи с локальными особенностями ПФ и поиск путей практического использования гиперпроводящих свойств А1 в криогенных электромагнитных устройствах.
В соответствии с целью работы были сформулированы следующие задачи:
- разработать методики и измерительные средства, дающие возможность в условиях сильных магнитных полей и низких температур проводить измерения ориентационных, температурных и деформационных зависимостей кинетических коэффициентов совершенных металлических монокристаллов;
- методом квантовых осцилляций магнитотермоэдс изучить топологию и связность листов ПФ различных металлов и выявить геометрию их экстремальных сечений в условиях МП;
- на примере металлов с различным типом ПФ изучить низкотемпературные механизмы электронного рассеяния в сильных магнитных полях;
- исследовать процессы дефектообразования и их влияние на электропроводность чистого и легированного А1 при низкотемпературной пластической деформации;
- изучить возможность создания композиционного гиперпроводящего материала, технология получения которого обеспечивала бы достижение в нём высоких электрических и механических параметров;
- разработать и создать действующую модель мощного криогенного трансформатора, параметры которого позволят оценить эффективность применения А1 в обмотках электромагнитных систем.
Методы выполнения исследований. Методологическую основу работы составляет комплексное применение широкого арсенала физических методов исследований.
Изучение процессов электропереноса в металлах осуществлялось на автоматизированной установке, программное обеспечение которой позволяло проводить измерения в режиме управления экспериментом, сбора и обработки информации. Для решения поставленных задач были разработаны и использованы несколько типов измерительных ячеек, позволяющих в интервале температур 2.1 - 50 К и в полях с индукцией до 15 Тл исследовать электрические, гальвано- и термомагнитные свойства:
43. Demyanov S.E., Drozd A.A., Petrov A.V., Petrovskii M.L. Galvanomagnetic properties of composite aluminum hyperconductors // Int. Cryog. Mater. Conf.-95:Abstracts.-Columbus, 1995,- P
44. Demyanov S.E., Khazov V.N., Mastrukov L.A.,Tkach Yu.V., Zakatov S.P. Physical - engineering problems of hyperconducting transformer construction // Int. Cryog. Engineering Conf.-95 .'Abstracts. - Columbus 1995.- P
45. Demyanov S.E., Drozd A.A., Petrov A.V., Petrovskii M.L. Deformation electrical resistivity of Al-Ga dilute alloys in strong magnetic fields // Adv. Ciyog. Eng. (Mater.). - 1996. - V.42, Pt.B. - P. 1079 - 1085.
46. Demyanov S.E., Droza A.A., Petrov A.V., Petrovskii M.L. Galvanomagnetic properties of composite aluminum hyperconductors // Adv. Cryog. Eng. (Mater.).-1996. -V.42, Pt B.- P. 1087 - 1094.
47. Demyanov S.E., Khazov V.N., Mastrukov L.A., Tkach Yu.V., Zakatov S.P. Physical - engineering problems of hyperconducting transformer construction // Adv. Cryog. Eng. - 1996. - V.41 Pt.B. - P. 1947 - 1954.
48. Demyanov S.E., Drozd A.A., Petrov A.V., Petrovskii M.L. Electron scattering
E recesses in Al-Ga dilute alloys under low-temperature plastic deformation // Int. !onf. LT-21: Abstracts.- Prague, 1996. - P.333.
49. Demyanov S.E., Drozd A.A7 Petrov A.V., Petrovskii M.L. Electron scattering processes in Al-Ga dilute alloys under low-temperature plastic deformation ft Czechoslovak Joum. of Phys. - 1996. - V.46, Suppl. S5. - P. 2725-2726.
50. Demyanov S.EV Petrovskii M.L., Petrov A.V., Zakatov S.P. Low - temperature plastic deformation and resiivity of coarsegrained pure aluminum // Int. Cryog. Mater. Conf.-97:AbstractsJBrtland, 19911.55.
51. Hartwig K. T., Demyanuw E., McDonarcrL. C., Petrov A.V. Mechanical and electrical measurements on high purity single crystal aluminum // Int. Cryog. Mater. Cont.-97:Abstracts. - Portland 1997. - P.55.
52. Demyanov S.E., Drozd A.A., Petrov A.V. Electron scattering processes anisotropy in Al-Y dilute alloys in strong magnetic fields // Int. Cryog. Mater. Conf.-97: Abstracts. - Portland, 1997. - P
53. Demyanov S.E., Petrovskii M.L., Petrov A.V., Zakatov S.P. Low - temperature plastic deformation and resistivity of coarse - grained pure aluminum // Adv. Cryog. Eng. (Mater.) - 1998. - V.44, Pt.B. - P. 1472 - 1479.
54.Demyanov S.E., Drozd A.A., Petrov A.V. Electron scattering processes anisotropy in Al-Y dilute alloys in strong magnetic fields // Adv. Cryog. Eng. (Mater.).- 199«. -V.44, Pt.B
55. Demyanoy S.E., Petrov A.V., Zakatov S.P., Mastrukov L.A., Tkach Yu.V. High -pure aluminum winding for the use in hyperconducting cryogenic transformer
17th Int. Cryog. Engineering Conf.:Abstracts. - Bournemouth, 1998,- P. 12.
ЛР № 020419 от 12.02.92. Подписано в печать 7.12.98.

Издательство Воронежского государственного технического
университета.
394026 Воронеж. Московский пр., 14 Отпечатано. Участок оперативной полиграфии РНКЦ «Ренакорд».