статический скин-эффект

СТАТИЧЕСКИЙ СКИН-ЭФФЕКТ - концентрация токовых линий (постоянного тока) вблизи поверхности электронного проводника, помещённого в сильное магн. поле Н. С. с--э. наблюдается при низких темп-рах, 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 С. с--э. 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 С. с--э. 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.

Лит.: 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.

   <<      Предметный указатель      >>