Шпоры
.pdf
46 |
|
Квадрупольная структура в ЯГРС. |
|
|
Зависимость интенсивности счета от энергии γ-квантов [44.2],[43.4] |
||
|
|||
|
|
На участках 1 интенсивность счета определяется |
|
|
|
сечениями фото- и комптон-эффектов, которые |
|
|
|
ослабляют первичный пучок. В области минимума |
|
|
|
происходит резонансный захват γ-квантов |
|
|
|
Такая зависимость будет для тождественных |
|
|
|
источника и поглотителя. |
|
|
|
Если это не так, то уровни в ядрах будут отличаться |
|
|
|
и резонансного поглощения не будет. |
|
|
|
Электрическое взаимодействие вызывает сдвиг |
центра мессбауэровской линии без расщепления |
|
|
квадрупольсистема заряженных |
||
(изомерный сдвиг), электрическое квадрупольное |
||
и магнитное дипольное взаимодействия приводят |
частиц, полный эл заряд и дипольный |
|
к расщеплению линии компоненты. |
момент которой равны нулю. |
|
Квадрупольный момент |
||
|
||
Квадрупольная структура |
|
определяется электрическим взаимодействием квадрупольного момента ядра Q с градиентом
электрического поля (ГЭП), создаваемого в области ядра окружающими электронами. Электрическое квадрупольное взаимодействие вызываетсверхтонкое расщепление линии мессбауэровского спектра и приводит к образованию квадрупольного дублета.
Энергия ядерных подуровней, возникающих из-за взаимодействия Q c ГЭП, определяется
|
|
|
|
|
|
|
|
Em = |
eVzzQ |
|
[2mI2 − I(I +1)] 1+ |
η2 |
где eVzzQ – константа квадрупольного |
||
4I(2I − |
1) |
3 |
|||||
|
|
|
|
||||
взаимодействия ядра, mI – возможные проекции I(спин) на ось z (т.е. mI = I, I-1, …-I);
η - параметр асимметрии ГЭП, 0 ≤ η ≤ 1. Параметр асимметрии =0для кристаллов, содержащих ось симметрии третьего и более высокого порядка (в этом случае Vxx = Vyy)
квадрат mI, → проекции спина, различающиеся знаком, вырожденны по энергии. Число подуровней при квадрупольном расщеплении ядерного уровня со спином I может подсчитано.
в случае I = 3/2 возникнут два подуровня:
Расстояние между ними Е |
eV |
zz |
Q |
η2 |
|
|
1+ 3 |
||
|
2 |
|
||
поглотитель η = 0 и источник имеющий нулевое квадрупольное расщепление.
Изомерный сдвиг соответствует центру тяжести дублета. При Vzz → 0 квадрупольный дублет вырождается в синглет.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
eVzzQ |
|
|
|
η2 |
E±1/ 2 = − |
eV |
zz |
Q |
1+ |
η2 |
E±3/ 2 |
= |
1 |
+ |
||||
|
|
3 |
4 |
3 |
|||||||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Измерения электрических квадрупольных имеют важное значениеГрадиент электрического поля в ядре связан с
состоянием электронной оболочки атома, кристаллической симметрией и характером химической связи.
47.1 Физические основы циклотронного резонанса.(Жабрев вообще не шарит)
Циклотронный резонанс (ЦР) — явление поглощения или отражения электромагнитных волн проводниками, помещенными в постоянное магнитное поле, на частотах равных или кратных циклотронной частоте носителей заряда.
В постоянном магнитом поле носители заряда(пока электроны) движутся по спиралям, оси которых направлены вдоль магнитного поля.В плоскости, перпендикулярной полю,
центробежная сила (m*ωC2r) уравновешивается силой Лоренца (rωCeB/c) |
m*ωC2r = rωCeB/c и |
||
электрон совершаетдвижение по окружности с циклотронной частотой |
ωC = |
eB |
. |
|
|||
|
|
m*c |
|
размер орбиты зависит от энергии, тк ε = m*ωC2r2/2.
С этой же частотой поворачивается и вектор скорости (прецессия в k-пространстве).
Если при этом частица находится в однородном электрическом полес частотой ω, то энергия, поглощаемая ею так же оказывается периодической по времени с частотойω- ωс- меняются радиус спирали и кинетич. энергия носителя. А при ω=ωс носитель движется по раскручивающейся спирали и средняя энергия, поглощаемая за большое время, резко возрастает –явление циклотронного резонанса.
в кристалле происходит рассеяние электронов на фононах и дефектах даже при низких температурах, а для существования циклотронного движения(а значит и ЦР)электрон должен проходить значительную часть своей орбиты до того, как он будет рассеян.→ условие ωСτ >> 1, где τ время релаксации в кристалле(среднее время между столкновениями)
Для свободного электрона в поле 10 кГс ωС = 1,76 1011 рад/сек.
Для чистой меди τ = 2 10-14 сек при 300 К |
τ = 2 10-9 сек при 4 К |
Соответственно, ωСτ = 3,5 10-14 при 300 К |
ωСτ = 3,5 102 при 4 К |
→циклотронная орбита при комнатной температуре никогда не может сформироваться, а
при гелиевых температурах может.
Частоты, необходимые для получения ЦР в толще проводника, гораздо меньше плазменной частоты (ne металле велика, и ωр становится большой).
Для ω < ωр вещественная часть диэлектрической проницаемости отрицательна(Собакин). → металл для таких частот непрозрачен и глубина проникновенияδ (толщина скин-слоя) меньше толщины образца. → от средней длины свободного пробега электронаλ зависит доступность электронов вблизи поверхности для элмаг волны этой частоты :
Нормальный скин-эффект |
при λ < δ, |
Аномальный скин-эффект |
при λ > δ. |
При аномальном можно возбудить циклотронное движение.В этом случае если постоянная магнитная индукция B лежит в плоскости поверхности, то циклотронное движение должно происходить в плоскости,
пересекающей поверхность (геометрия Азбеля-Канера) 
Некоторые орбиты достигают области высокочастотного скин-слоя, электроны, приближаясь к поверхности, могут
испытывать действие высокочастотного поля с частотой ω и может происходить ЦР. Поэтому, поверхностный импеданс (отношение амплитуды напряжения гармонического сигнала, к амплитуде тока) кристалла по отношению к высокочастотному излучению является функцией величины магнитной индукции.Где есть импеданс, там считают мощность.
47.2 |
Поглощаемая в единице объема мощность дается выражением |
|||||
(радиус циклотронной орбиты много меньшим длины волны излучения, что позволяет |
||||||
|
ввести локальную связь между плотностью наведенного тока и напряжённостью |
|||||
|
||||||
|
электрического поля, и воспользоваться дипольным приближением) |
|||||
|
P = 1 Re(j E * )= |
1 Re(σ |
ij |
E |
E * ). |
|
|
2 |
i i |
2 |
|
j i |
|
|
|
|
|
|
||
где σ-таки да, проводимость. Форма линии поглощения дается вещественной частьюσ. Классическая теория циклотронного резонанса для изотропной эффективной массы дает следующее выражение дляRe σ:
Re σ± = σ0
Но самое главное то, что тк мощность поглощения зависит от величины пост магн поля B, изменяя его (вращая образец, соответствующие проекции на геометрии Азбеля-Канера ,будут уменьшаться/увеличиваться) можно будет отслеживать пики поглощения, которые будут при ЦР носителей с различной массой.Получиться зависимость мощности поглощения от напряженности пост магн поля-спектр ЦР.Частота внешнего переменного электрического поля не изм, и можно будет найти эффективные массы носителей.
если закон дисерсии E(k) представляет собой сферу в импульсном пространстве |
m* = |
eH рез |
|
ωc |
|||
|
|
В случае более сложных законов дисперсии эфф. масса отличается от циклотронной массы. циклотранная частота будет совпадать только с членами тезора эффективных масс.Этим объясняется множество пиков на спектре ЦРдля одних и тех же частицэто их эффективные массы в различных напралениях-члены тезора.
Типичный спектр ЦР электронов и дырок в Si (Т = 4.2 К, f = 24 ГГц).
По полуширине линии ЦР[47.2]
можно определить время релаксации, и установить подвижность носителей (коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей и приложенным внешним электрическим полем).
1 |
= |
1 |
ω |
∆H1/ 2 |
τ |
|
2 |
|
H рез |
По площади линии находят концентрацию носителей заряда в
образце
Преимуществом ЦРпо сравнению с др. методами является его избирательность - возможность подбором частоты выделить определенную группу носителей в полупроводнике.