§51. Электрические и магнитные свойства твердых тел 555

кристаллике цезия объемом V = 1 мм3 при температуре Т = 0 К. При расчетах принять, что на каждый атом цезия приходится один свободный электрон.

51.6. Вычислить среднюю кинетическую энергию (е) электро¬нов в металле при температуре Т = 0К, если уровень Ферми

51.7. Металл находится при температуре Т = 0 К. Определить,

во сколько раз число электронов с кинетической энергией от еР/2

до eF больше числа электронов с энергией от 0 до еР/2.

51.8. Электроны в металле находятся при температуре Т = ОК.

Найти относительное число AN/N свободных электронов, кине¬

тическая энергия которых отличается от энергии Ферми не более

чем на 2%.

51.9. Оценить температуру Ткр вырождения для калия, если

принять, что на каждый атом приходится по одному свободному

электрону. Плотность р калия 860кг/м3.

51.10. Определить отношение концентрации готах электронов в

металле (при Т = 0К), энергия которых отличается от максималь¬

ной не более чем на Де, к концентрации пт\п электронов, энергии

которых не превышают значения е = Де; Де принять равным

0,01еР.

51.11. Зная распределение dro(e) электронов в металле по энер¬

гиям, установить распределение dn(p) электронов по импульсам.

Найти частный случай распределения при Г = 0 К.

51.12. По функции распределения dn(p) электронов в металле

по импульсам установить распределение dn(v) по скоростям: 1) при

любой температуре Т; 2) при Т = 0 К.

51.13. Определить максимальную скорость г>тах электронов в

металле при Т = 0 К, если уровень Ферми еР = 5 эВ.

51.14. Выразить среднюю скорость (г>) электронов в металле

при Т = 0 К через максимальную скорость г>тах. Вычислить (г;)

для металла, уровень Ферми еР которого при Т = 0 К равен 6 эВ.

51.15. Металл находится при температуре Т = 0 К. Определить,

во сколько раз число электронов со скоростями от г>тах/2 до г>тах

больше числа электронов со скоростями от 0 до итах/2.

51.16. Выразить среднюю квадратичную скорость \/{v2) элек¬

тронов в металле при Г = 0 К через максимальную скорость г>тах

электронов. Функцию распределения электронов по скоростям

считать известной.

51.17. Зная распределение dn(v) электронов в металле по ско¬

ростям, выразить (1/v) через максимальную скорость г>тах элек¬

тронов в металле. Металл находится при Т = 0 К.

556

Гл. 10. Физика твердого тела

Полупроводники. Эффект Холла

51.18. Определить уровень Ферми eF в собственном полупро¬

воднике, если энергия АЕо активации равна 0,1 эВ. За нулевой

уровень отсчета кинетической энергии электронов принять низ¬

ший уровень зоны проводимости.

51.19. Собственный полупроводник (германий) имеет при неко¬

торой температуре удельное сопротивление р = 0,48 Ом • м. Опре¬

делить концентрацию п носителей заряда, если подвижности Ьп и

Ьр электронов и дырок соответственно равны 0,36 и 0,16 м2/(В • с).

51.20. Удельная проводимость 7 кремния с примесями равна

112См/м. Определить подвижность bp дырок и их концентрацию

пр, если постоянная Холла RH = 3,66 • 10~4 м3/Кл. Принять, что

полупроводник обладает только дырочной проводимостью.

51.21. В германии часть атомов замещена атомами сурьмы.

Рассматривая дополнительный электрон примесного атома по

модели Бора, оценить его энергию Е связи и радиус г орбиты.

Диэлектрическая проницаемость е германия равна 16.

51.22. Полупроводник в виде тонкой пластины шириной I =

= 1 см и длиной L = 10 см помещен в однородное магнитное поле

с индукцией В = 0,2 Тл. Вектор магнитной индукции перпенди¬

кулярен плоскости пластины. К концам пластины (по направле¬

нию L) приложено постоянное напряжение U = 300 В. Опреде¬

лить холловскую разность потенциалов UH на гранях пластины,

если постоянная Холла RH = 0,1м3/Кл, удельное сопротивление

р = 0,5 Ом -м.

51.23. Тонкая пластина из кремния шириной I = 2 см поме¬

щена перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного

поля (В = 0,5Тл). При плотности тока j = 2 ■ КГ6 А/мм2, на¬

правленного вдоль пластины, холловская разность потенциалов

UH оказалась равной 2,8 В. Определить концентрацию п носите¬

лей заряда.

Магнитный резонанс

51.24. Определить гиромагнитное отношение 7 для свободного

электрона.

51.25. Свободный электрон находится в постоянном магнитном

поле (Во = 1Тл). Определить частоту I/Q переменного магнитного

поля, при которой происходит резонансное поглощение энергии

электроном (g-фактор для свободного электрона равен 2).

51.26. Определить отношение w3np/wUHK резонансной частоты

электронного парамагнитного резонанса к циклотронной частоте

(g-фактор равен 2,00232).

51.27. Стандартные спектрометры для наблюдения электрон¬

ного парамагнитного резонанса (ЭПР) имеют на одном из диа-