Магнитофононный резонанс - резонансное поглощение или испускание фононов определ. частоты носителями заряда
(в частности, электронами) в полупроводнике, вызывающее переходы электронов
между квантовыми уровнями в пост. магн. поле (см. квантовые уровни). M.
р. проявляется в виде осцилляции проводимости и др. кинетич. характеристик в
магн. поле. M. р. предсказан в 1961 В. Л. Гуревичем, Ю. А. Фирсо-вым [1]. Экспериментально
обнаружен С. Пури (S. Puri) и T. Джеболлом (Th. Geballe) (1963), а также С.
С. Ша-лытом, P. В. Парфеньевым, В. M. Муждаба [2].
Подобно Шубникова - де Хааза эффекту M. р. связан с осцилляциями плотности электронных состояний в магн. поле
как функции энергии[3,
4] (см. Плотность состояний, Квантовые
осцилляции в магнитном поле). Однако в отличие от эффекта Шубникова - де
Хааза для M. р. существенно изменение характера рассеяния электронов в магн.
поле, к-рое, как и немонотонная зависимость
плотности состояний от энергии, является следствием квантования электронного
спектра (орбитального квантования). Магн. поле как бы "собирает"
состояния, равномерно распределённые по зоне, в дискретные подзоны. Магнитофононные
осцилляции проводимости связаны с неупругим рассеянием электронов, когда изменение
энергии электрона(при
отсутствии вырождения электронного газа) или больше размытия уровня Ферми (в
случае вырождения). Это имеет место, напр., при взаимодействии электронов с
оцтич. фононами в области низких температур (см. Колебания кристаллической решётки). Когда энергия оптич. фононасовпадает
с расстоянием между краями к--л. двух подзон. N и N', т.
е. , то ср.
вероятность рассеяния электрона возрастает и в зависимости кинетич. коэф. от
магн. поля появляется максимум (резонанс).
M. р. сходен с явлением циклотронного резонанса - в обоих случаях имеют место переходы с изменением энергии электрона. Однако
в отличие от циклотронного резонанса M. р. - резонанс внутренний: резонансное
условие достигается, когда частота собств. колебаний кристаллич. решёткикратна
частоте wс
обращения электрона в магн. поле H (циклотронной частоте).
Теоретич. рассмотрение показывает, что для невырожденной
параболич. зоны (см. Зонная теория)условие M. р. имеет вид:
где w0 - предельная частота длинноволновых
оптич. фононов, т - эффективная масса электрона, е - его
заряд, n - целое число. Из (1) следует, что осцилляции периодичны по
1/H, с периодом
к-рый не зависит от концентрации электронов.
Осн. причиной осцилляции кинетич. коэффициентов является обращение в функции
плотности состояний
электронов в магн. поле у дна каждой квантовой зоны. Когда эти сингулярные точки
(в зонах jV н N')разделены по энергии на величину, равную,
возникают скачкообразное изменение числа актов электрен-фононного рассеяния
и связанные с ней осцилляции всех кинетич. коэффициентов.
В многодолинных полупроводниках типа Ge
возможен M. р., обусловленный рассеянием электронов, сопровождающийся переходом
их из одной долины в другую [3]. В этом случае в ф-ле (1) в качестве о>0
фигурирует частота wq-фонона,
осуществляющего это рассеяние.
Если при рассеянии на фононах меняется спин электрона
(при достаточно сильной спин-орбитальной связи), то возникает т. н. спин-магнитофонный
резонанс [5]. Впервые он обнаружен у n - InAs [6]. Условие его наблюдения
(для параболич. зоны) имеет вид:
где mб - магнетон Бора,
g - фактор спинового расщепления электронных уровней, n - целое
число.
M. р--эфф. метод изучения зонной структуры твёрдого тела и электрон-фононного взаимодействия в полупроводниках.
И. M. Цидильковский