магнитофононный резонанс

МАГНИТОФОНОННЫЙ РЕЗОНАНС - резонансное поглощение или испускание фононов определ. частоты носителями заряда (в частности, электронами) в полупроводнике, вызывающее переходы электронов между уровнями Ландау в пост. магн. поле (см. Ландау 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 ф-ции 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 Ландау. 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 темп-р (см. Колебания кристаллической решётки). Когда энергия оптич. фононасовпадает с расстоянием между краями к--л. двух подзон Ландау .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 w_с 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 ф-ции плотности состояний электронов в магн. поле у дна каждой зоны Ландау. 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 w_q-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 m_б - 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.

Лит.: 1) Гуревич В. Л., Fирсов 10. А., К теории электропроводности полупроводников в магнитном поле, "ЖЭТФ", 1961, т. 40, с. 189; 2) Шалыт С. С.,· Парфеньев P. В., Mуждаба В. M., Экспериментальное подтверждение нового типа осцилляции поперечного магнетосопротивления, "ФТТ", 1964, т. 6, с. 647; 3) Цидильковский И. M., Электроны и дырки в полупроводниках, M., 1972; 4) Парфеньев P. В. и др., Магнитофононный резонанс в полупроводниках, "УФН", 1974, т. 112, с. 3; 5) Павлов С. Т., Fирсов Ю. А., Спин-магнитофононный резонанс и осцилляции магнетосопротивления в полупроводниках "ЖЭТФ", 1965, т. 49, с. 1664; 6) Аксельрод M. M., Цидильковский И. M., Спин-магнитофононные и магнито-фононные осцилляции магнетосопротивления в n - InAs, "Письма в ЖЭТФ", 1966. т. 4, с. 205. И. M. Цидильковский.

   <<      Предметный указатель      >>