ЦИКЛОТРО́ННО-ФОНО́ННЫЙ РЕЗОНА́НС
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЦИКЛОТРО́ННО-ФОНО́ННЫЙ РЕЗОНА́НС, резонансное поглощение электромагнитной энергии, обусловленное переходами электронов между Ландау уровнями при участии оптич. фононов. Наблюдается при распространении электромагнитных волн в полупроводнике, находящемся в постоянном магнитном поле напряжённостью $\boldsymbol H$. Для возникновения Ц.-ф. р. необходимо достаточно сильное (квантующее) магнитное поле $H > mckT/|e|\hbar$ ($m$ и $e$ – эффективная масса и заряд электрона, $c$ – скорость света, $\hbar$ – постоянная Планка, $k$ – постоянная Больцмана, $T$ – темп-ра) и оптич. ветви в колебат. спектре полупроводника (см. Динамика кристаллической решётки).
В квантующем магнитном поле электроны имеют непрерывный энергетич. спектр для движения вдоль поля и дискретный – для поперечного движения. Если зависимость энергии $ℰ$ электрона от его квазиимпульса $p$ изотропна и квадратична, то энергия электрона определяется соотношением $$ℰ_n(p_H)=(n+1/2)\hbar ω_c+p_{H^2}/2m,$$ где $n$ – целое положительное число, $р_H$ – компонента квазиимпульса в направлении $\boldsymbol H$, $ω_c=|e|H/mc$ – циклотронная частота электрона. Условие $ℰ_n-ℰ_{n–1}=\hbar ω$ ($ω$ – частота внешнего электромагнитного поля, $p_H$ фиксировано) приводит к циклотронному резонансу. Однако при условии, что расстояние между уровнями Ландау совпадает с суммой или разностью энергий оптич. фонона и фотона, в поглощении электромагнитной энергии также наблюдается резонанс на частоте $ω$ (рис.).
Ц.-ф. р. обусловлен перебросом электронов между уровнями Ландау за счёт взаимодействия электронов с оптич. фононами и фотонами. В отсутствие фотона Ц.-ф. р. переходит в магнитофононный резонанс. Коэф. поглощения электромагнитной энергии при Ц.-ф. р. зависит от характера поляризации электромагнитной волны. Ц.-ф. р. имеет место, если вектор напряжённости электрич. поля волны $\boldsymbol E⊥ \boldsymbol H$, в противном случае Ц.-ф. р. отсутствует.
Если хотя бы один из размеров образца $d$ достаточно мал (напр., образец – тонкая плёнка), то возникает дополнит. размерное квантование спектра (см. Размерные эффекты). Если ось $Oz$ направлена вдоль толщины плёнки $d$, то дискретизация электронного спектра в этом направлении приводит к т. н. размерно-фононному резонансу, связанному с переходом электрона между уровнями размерно-квантованного спектра за счёт поглощения оптич. фонона и фотона. Если вдоль оси $Oz$ приложить квантующее поле $\boldsymbol H$, то электронный спектр становится полностью дискретным и кроме линий Ц.-ф. р. и размерно-фононного резонанса возникают новые серии линий размерно-циклотронно-фононного резонанса.
Наряду с обычным Ц.-ф. р., наблюдаются Ц.-ф. р., сопровождающийся переворотом спина электрона, и многофононный циклотронно-фононный резонанс.