Осциляції Шубникова — де ГаазаОсциляції Шубникова-де Гааза — коливання магнетоопору виродженого електронного газу при зміні магнітного поля. Фізична природа явищаВ магнітному полі електронний спектр квантується із виникненням рівнів Ландау, положення яких залежить від магнітного поля. Електропровідність виродженого електронного газу здійснюється в основному електронами, які мають енергію, близьку до рівня хімічного потенціалу (при нульовій температурі — рівня Фермі). Густина станів зростає щоразу, коли при зміні магнітного поля рівень Ландау збігається з рівнем хімічного потенціалу. Квантування Ландау рівнів енергії електронів у магнітному полі приводить до осциляцій не тільки термодинамічних величин (наприклад, ефект де Гааза – ван Альфена (дГвА)), але й кінетичних коефіцієнтів, зокрема, до магнітних осциляцій компонент тензора електропровідності ( ) – ефекту Шубникова – де Гааза (ШдГ) [1] (c. 264), [2] (с. 202). Крім осциляційної залежності, що виникає внаслідок осциляцій густини станів (аналогічно ефекту дГвА), в електропровідності з'являються осциляції, що пов'язані із впливом квантування на процеси розсіювання [2] (с. 203). Урахування в інтегралі зіткнень кінетичного рівняння квантування енергетичного спектра й впливу електричного поля на енергію електрона, показало, що внесок процесів розсіювання в амплітуду осциляцій ШдГ поперечних компонент (магнітне поле спрямоване уздовж осі ) у схрещених полях ( ) є визначальним [1]. Коливання спостерігаються в сильних магнітних полях при низьких температурах. Період коливаньПеріод осциляцій ШдГ магнітоопору збігатися з періодом дГвА коливань магнітної сприятливості:
де - площі екстремальних перетинів поверхні Фермі (ПФ) площинами , де — проєкція імпульсу електрону на напрямок магнітного поля [1]. Для ізотропного квадратичного закону дисперсії електронів, ( - вектор імпульсу) період осциляцій визначається формулою:
де — магнетон Бора для носія заряду з врахуванням відмінності ефективної маси від маси електрона , e — заряд електрона, — зведена стала Планка, c — швидкість світла, — енергія Фермі. Історія відкриттяОсциляції були відкриті в 1930 році Вандером де Гаазом із Нідерландів і Левом Васильовичем Шубниковим для вісмуту з малою концентрацією домішок. ВикористанняЗмінюючи напрямок і напруженість магнітного поля та досліджуючи коливання ШдГ, можна визначити всі екстремальні перетини ПФ, що є важливою інформацію щодо закону дисперсії електронів провідності. У випадку опуклої ПФ цього достатньо для повної відбудови ПФ [1]. З появою МДН- транзисторів на початку 60-х років цей ефект отримав надзвичайне поширення при дослідженні поведінки двовимірного електронного газу в сильних магнітних полях при гелієвих температурах. В 70-х роках цей ефект почали широко досліджувати на гетероструктурах. З кінця 70-х розпочалася епоха досліджень квантового ефекту Холла, а з початку 90-х — епоха досліджень квантової антиточки. Починаючи з 2004 року, після відкриття графену, метод осциляції Шубникова-де Гааза інтенсивно використовуються для вивчення зонної структури цього новітнього матеріалу. Див. такожЛітература
Примітки
|