ГАНТМАХЕРА ЭФФЕКТ
(радиочастотный размерный эффект) - аномальная зависимость (появление пиков) поверхностногоимпедансаметаллич. пластин от величины пост. магн. поля. Г. э. наблюдается при тех значениях напряжённости поля, когда один из характерных размеров электронных траекторий внутри металла становится сравнимым с толщиной пластины. Этот эффект, открытый В. Ф. Гантмахером (1962), нашёл применение как метод исследованияферми-поверхностии процессов рассеяния электронов в металлах.
Для наблюдения Г. э. металлич. пластину помещают в пост. магн. полеH ав эл.-магн. поле радиочастотного диапазона (частоты =106-108Гц). Регистрируют зависимость поглощаемой в образце мощности, пропорц. действительной частиR(H)поверхностного импеданса пластиныR(H)+iX(H),или зависимость глубины проникновения эл.-магн. поля, пропорц. мнимой части импедансаX(H),от величины постоянного внеш. магн. поляH.С целью увеличения чувствительности часто используют регистрацию производных (рис. 1).
Рис. 1. Экспериментальные кривые, иллюстрирующие эффект Гантмахера для К при трёх толщинах образцов; , (n- нормаль к поверхности), T= 1,3 К, = 7 МГц.
Г.э. наблюдается в условиях аномальногоскин-эффекта,когда длина свободного пробегаlпрэлектронов в металле сравнима с толщинойdметаллич. пластины, а глубина скин-слоя существенно меньшеd(рис. 2,а).Для удовлетворения этих требований приd=0,2-2 мм используют чистые совершенные металлич. монокристаллы, охлаждённые до темп-рыT4К.
Рис. 2.а- Цепочка траекторий, ответственная за эффект Гантмахера приk= 3;б- Соответствующая поверхность Ферми (пунктиром отмечен пояс эффективных электронов).
Г. э. тесно связан с появлением всплесков электрич. тока в толще проводника (см.Размерные эффекты).Электроны проводимости движутся в квазистатическом (1, где - время релаксации электронов), пространственно неоднородном элекромагнитном поле. Основной вклад в высокочастотную проводимость вносят т. н. "эффективные" электроны, траектории к-рых в пределах скин-слоя имеют точку с нулевой проекцией скорости на нормаль я к поверхности пластины (=0; рис. 2,а). При наличии постоянного магн. поляHв результате аномального проникновения эл.-магн. поля в металл в толще пластины возникает система всплесков радиочастотного поля и тока. Расстояние между нимиопределяется расстояниемDмежду точками с =0 на траекториях выделенной группы эффективных электронов. Электроны, формирующие всплеск радиочастотного тока при фиксированномH,выделены условием . Это могут быть электроны, обладающие открытыми траекториями, электроны экстремальных сечений поверхности Ферми либо её опорных точек (для др. траекторий происходит усреднение). РазмерDзависит отH: D ~ Н-1.
При тех значенияхH,когда один из всплесков радиочастотного тока выходит на противоположную сторону металлич. пластины, пластина излучает в пространство эл.-магн. поле, т. е. становится прозрачной для падающей на неё эл.-магн. волны. Это проявляется как особенность поверхностного импеданса.
В простейшем случае есть только один выделенный размер (у замкнутой поверхности Ферми есть 1экстремальное сечение) и величина магн. поляHk,в к-ром наблюдается Г. э., связана с размером2рповерхности Ферми (рис. 2,б)в направлениисоотношением: , гдее -заряд электрона, -целое число. Если траектории электронов замкнуты, то приk=1иH>H1электроны, двигающиеся по траектории с размеромDеxt, способны неоднократно возвращаться в скин-слой, а при H
В общем случае сложной многолистной поверхности Ферми при фиксированном направлении магн. поля может существовать неск. выделенных групп электронов, формирующих всплески высокочастотного тока, а условие наблюдения Г. э. имеет вид:
где индексtотмечает одну из выделенных групп эффективных электронов.
Для изучения процессов рассеяния электронов в металлах используют Г. э., обусловленный электронами, непосредственно долетающими от одной стороны пластины до другой. При этом амплитуда пика, соответствующая Г. э., пропорц. вероятности электрону из выделенной группы эффективных пройти путь внутри металла без рассеяния, т. е. пропорц. Здесь - длина пути электрона, alпр-длина свободного пробега электрона.
С помощью Г. э. определены зависимость частоты электрон-фононного рассеяния от положения электрона на поверхности Ферми (Cu, Ag), сечение рассеяния электронов надислокациях(Cu), исследована вероятность электрон-электронного рассеяния (Mo, W).
Лит.:Гантмахер В. Ф., Метод измерения импульса электронов в металле, "ЖЭТФ", 1962, т. 42, с. 1416; Канер Э. А., Гантмахер В. Ф., Аномальное проникновение электромагнитного поля в металл и радиочастотные размерные эффекты, "УФН", 1968, т. 94, с. 193; Абрикосов А. А., Введение в теорию нормальных металлов, M., 1972; Gantmakhеr V. F., The experimental study of electron-phonon scattering in metals, "Repts Progr. Phys.", 1974, v. 37, p. 317.
В. Т. Долгополов.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.