к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Статический скин-эффект

Статический скин-эффект - концентрация токовых линий (постоянного тока) вблизи поверхности электронного проводника, помещённого в сильное магн. поле Н. Статический скин-эффект наблюдается при низких температурах, когда осуществляется условие , где w_с - циклотронная частота электронов, а - частота столкновений электронов в объёме проводника. Это означает, что время свободного пробега электрона во много раз больше периода обращения по орбите. При этом токовые линии концентрируются в слое толщиной порядка радиуса электронной орбиты в магн. поле, где V_F - фермиевская скорость. В отличие от скин-эффекта в перем. поле, когда весь ток сконцентрирован в приповерхностном слое, при статическом скин-эффекте плотность пост. тока j при удалении в глубь образца стремится не к нулю, а к значению, характерному для массивного образца, когда можно не учитывать столкновения электронов с границами образца.

Причина статического скин-эффекта заключается, в существовании вблизи границы проводника слоя (толщиной ) с большей, чем в объёме, проводимостью. При поперечные (относительно Н) компоненты тензора проводимости для металлов с замкнутыми ферми-поверхностями тем больше, чем чаще происходят столкновения электронов с границей. При этом величины компонент тензора проводимости в магн. поле значительно меньше проводимости при Н = 0 (см. Гальваномагнитные явления, Магнетосопротивление). Электроны из приграничного слоя толщиной обязательно (при каждом обороте вокруг магн. поля Н) сталкиваются с границей, что и приводит к существованию хорошо проводящего слоя вблизи границы (рис., а, 6).

Конкретное значение приповерхностной проводимости a_s зависит от состояния границы образца (атомногладкая или шероховатая), а также от структуры ферми-поверхности проводника. В частности, если ферми-поверхность имеет неск. полостей, то при столкновении с границей образца электрон может «перескочить» с одной полости на другую (многоканальное рассеяние; рис., в). Это существенно изменяет движение электрона под действием магн. поля по сравнению с его движением в объёме проводника и проявляется в величине приповерхностной проводимости. Макс. отличие приповерхностной проводимости от объёмной имеет место тогда, когда в объёме проводника электроны движутся по замкнутым орбитам, а за счёт столкновения с границей - по открытым траекториям (рис.). Тогда проводимость вблизи границы порядка объёмной 0 при Н = 0 и, естественно, значительно больше, чем в объёме.

Типы открытых траекторий, возникающих при зеркальном отражении электрона от границы металл - вакуум: а, б - электрон остаётся на одной и той же полости поверхности Ферми; в - электрон поочерёдно «перепрыгивает» с электронной полости на дырочную.

При больших плотностях тока становится существенным влияние собств. магн. поля тока H_j на движение электронов. Т. к. в центре пластины (проволоки) H_j = 0, то роли H_j к Н противоположны: внеш. магн. поле концентрирует токовые линии у поверхности, а собств. магн. поле тока - в центре (см. Пинч-эффект).

Непосредств. наблюдение С. с--э. затруднительно. С. с--э. проявляется по зависимости сопротивления образцов конечной толщины (пластин, проволок) от магн. поля (см. нижеследующую табл., а также табл. в ст. Размерные эффекты).

Выражения для проводимости проводников конечных размеров, демонстрирующих статический скин-эффект (компенсированные металлы;)

Для наблюдения С. с--э. используют металлы, у к-рых объёмная проводимость в магн. поле при заметно меньше, чем при Н = 0. В этом смысле особенно показательны образцы конечных размеров из компенсиров. металлов или собств. полупроводников (число электронов равно числу дырок), т. к. у них в магн. поле объёмная поперечная проводимость в раз меньше, чем при Н = 0. При выборе размеров образцов (толщины пластины d, радиуса проволоки R) необходимо, чтобы роль приповерхностного слоя была заметной и не перекрывалась проводимостью «сердцевины», в к-рой электроны вовсе не сталкиваются с границей.

Если магн. поле Н параллельно граням пластины из компенсиров. металла (либо собств. полупроводника), то , где W - параметр, определяющий степень зеркальности отражения электронов границами образца; - угол между j и Н. С. с--э. определяет проводимость образца, когда отражение зеркально (W = 0) при, когда отражение диффузно (W = 1) при

Чувствительность С. с--э., как и др. гальваномагн. явлений, к геометрии ферми-поверхностей металлов, а также к характеру отражения электронов границей образца делает его источником информации не только об электронном энергетич. спектре проводников, но и о структуре его границ. Эффект, аналогичный С. с--э., должен наблюдаться при наличии плоских дефектов внутри проводника (напр., границ кристаллитов), столкновения с к-рыми в сильном магн. поле ( ) могут привести к концентрации токовых линий вблизи дефектов.

Литература по статическому скин-эффекту

Песчанский В. Г., Статический скин-эффект, в сб.: Электроны проводимости, под ред. М. И. Каганова, В. С. Эдельмана, М., 1985.

М. И. Каганов, В. Г. Песчанский

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира