Надіслати статтю
вул. Інститутська 11, м. Хмельницький, 29016
visnyk.khnu@khmnu.edu.ua
(0382) 67-51-08

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ МЕТРОЛОГИЯ: МАГНИТОПОЛЕВАЯ ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ И ИНФОРМАЦИИ СКВОЗЬ МАТЕРИАЛ ИЛИ ВЕЩЕСТВО Часть 5. Физические эффекты, используемые для измерения энергии Ферми

FUNDAMENTAL METROLOGY. THE MAGNETIC–FIELD THEORY OF MEASUREMENTS WITH USE THE PHENOMENON OF TRANSFER OF ENERGY AND INFORMATION THROUGH MATERIAL OR SUBSTANCE
Part 5. The physical effects used for measurement of energy of Fermi

Сторінки: 187-200. Номер: №1, 2019 (269)
Автори:
В.Т. КОНДРАТОВ
Институт кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины
V.T. KONDRATOV
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of National Academy of Science of Ukraine
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-269-1-187-200
Рецензія/Peer review : 21.01.2019 р.
Надрукована/Printed : 15.02.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

В работе рассмотрена сущность магнитополевых эффектов, положенных в основу методов измерения энергии Ферми. металлов, что обогатило наши представления об их эффективности, особенностях использования и воспроизведения. Показано, что практически все известные методы исследований уровня Ферми и поверхности Ферми основаны на облучении металлических образцов электромагнитными волнами микроволнового диапазона и на использовании магнитополевых эффектов квантования энергии электронов, проявляющихся при воздействии на металлические образцы сильных магнитных полей и низких температур. Эти эффекты связаны с поведением, при низких температурах, электронов материала, на который действуют постоянные и переменные высокочастотные магнитные поля с учетом разного числа электронов в единице объема и строении кристаллической решетки этого материала. Показаны существенные различия между эффектами, их преимущества и недостатки. В частности, например, показано, что эффект Шубникова – де Гааза является первым широко используемым и экспериментально наблюдаемым проявлением диамагнитного квантования энергии электронов в твердом теле и, как следствие этого, — осциллирующей зависимости плотности состояний электронов на уровне Ферми от напряженности магнитного поля. Физическая сущность данного эффекта состоит в зависимости проводимости металла от плотности состояний электронов на ферми-поверхности, причем максимумы проводимости наблюдаются при условии совпадения энергии Ферми с очередным экстремумом на зависимости плотности состояний от энергии электронов на -м уровне Ландау. Работа представляет интерес для метрологов, специалистов, магистров и аспирантов, изучающих магнитополевые эффекты и явления, методы и средства измерения энергии Ферми материалов в макромире.
Ключевые слова: физические эффекты, магнитные поля, электроны, измерение энергии Ферми, магнитополевые измерительные преобразователи.

Розширена анотація англійською мовою

In paper the essence of the magnetic-field effects taken as a principle of methods of measurement of energy of Fermi is considered. It has enriched our representations about their efficiency, features of use and reproduction. It is shown that practically all known methods for studying the Fermi level and the Fermi surface are based on the irradiation of metal samples with electromagnetic waves of the microwave range and on the use of the magnetic-field effects of electron energy quantization, which manifest themselves when strong magnetic fields and low temperatures are applied to metal samples. These effects are associated with the behavior, at low temperatures, of the electrons of the material, which is subject to constant and variable high-frequency magnetic fields, taking into account the different number of electrons per unit volume and the structure of the crystal lattice of this material. Significant differences between effects, their advantages and disadvantages are shown. In particular, for example, it was shown that the Shubnikov – de Haas effect is the first widely used and experimentally observed manifestation of diamagnetic quantization of the electron energy in a solid and, as a consequence, the oscillating dependence of the density of electron states at the Fermi level on the magnetic field strength. The physical essence of this effect is the dependence of the conductivity of the metal on the density of electron states on the Fermi surface, and the conductivity maxima are observed under the condition that the Fermi energy coincides with the next extremum on the dependence of the density of states on the electron energy on the n-th Landau level. The paper is of interest to metrologists, specialists, masters and graduate students who study magnetic-field effects and phenomena, methods and means of measuring the Fermi energy of materials in the macrocosm.
Keywords: physical effects, magnetic fields, electrons, Fermi energy measurement, magnetic-field transducers.

References

  1. Kondratov V.T. Fundamental’naja metrologija. Magnitopolevaja teorija izmerenij s ispol’zovaniem javlenija perenosa jenergii i informacii skvoz’ material ili veshhestvo. Chast’ 1. Filosofskie aspekty teorii / V.T. Kondratov // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2018. – № 4. – S. 222–233.
  2. Kondratov V.T. Fundamental’naja metrologija. Magnitopolevaja teorija izmerenij s ispol’zovaniem javlenija perenosa jenergii i informacii skvoz’ material ili veshhestvo. Chast’ 2. Atributy magnitopolevyh jeffektov / V.T. Kondratov // Vimіrjuval’na ta obchisljuval’na tehnіka v tehnologіchnih procesah. – 2018. – № 1. – S. 7–14.
  3. Kondratov V.T. Fundamental’naja metrologija. Magnitopolevaja teorija izmerenij s ispol’zovaniem javlenija perenosa jenergii i informacii skvoz’ material ili veshhestvo. Chast’ 2.1. Uslovija projavlenija magnitopolevyh jeffektov i javlenij / V.T. Kondratov // Vimіrjuval’na ta obchisljuval’na tehnіka v tehnologіchnih procesah. – 2018. – №1. – S. 15–31.
  4. Kondratov V.T. Fundamental’naja metrologija. Magnitopolevaja teorija izmerenij s ispol’zovaniem javlenija perenosa jenergii i informacii skvoz’ material ili veshhestvo. Chast’ 3. Javlenie perenosa, ispol’zuemye fundamental’nye zakony, uslovija i problemy izmerenij / V.T. Kondratov // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2018. – № 5. – S. 84–100.
  5. Kondratov V.T. Fundamental’naja metrologija. Magnitopolevaja teorija izmerenij s ispol’zovaniem javlenija perenosa jenergii i informacii skvoz’ material ili veshhestvo. Chast’ 4. Magnitopolevye metody i izmeritel’nye preobrazovateli / V.T. Kondratov // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2018. – № 6. – S. 183–197.
  6. Kondratov V.T. Fundamental’naja metrologija. Bikl’coily i kol’coily — ploskie veshhestvennye algebraicheskie krivye shestogo porjadka / V.T. Kondratov // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2019. – № 1. – S. 167–183.
  7. Jeksperimental’nye metody issledovanija poverhnosti Fermi [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://nuclphys.sinp.msu.ru/solidst/physmet5.htm.
  8. Measurement of the Fermi energy by the angular correlation of -radiation form annihilation of electron-positron pairs. URL: https://www.ph.tum.de/academics/org/labs/fopra/docs/abstract-86.en.pdf.
  9. Metody izuchenija struktury i kolebanij kristallicheskoj reshjotki. metody izuchenija fermi-poverhnostej [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://www.kapitza.ras.ru/~glazkov/students/2017/07-spectra-and-fermi-mar24.pdf
  10. Jelektrony v magnitnom pole (lekcija 8) [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://www.kapitza.ras.ru/~ glazkov/teaching/2015-08.pdf
  11. Jeffekt Shubnikova – de Gaaza [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://docplayer.ru/53554927-Effekt-shubnikova-de-gaaza-479.html.
  12. Vlijanie primesi zheleza v HgSe na jeffekt Shubnikova – de Gaaza [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://elib.spbstu. ru/dl/2/4178.pdf/download/4178.pdf.
  13. Brandt N.B. Jeffekt Shubnikova – de Gaaza i ego primenenie dlja issledovanija jenergeticheskogo spektra metallov, polumetallov i poluprovodnikov [Jelektronnyj resurs] / Brandt N.B., Chudinov S.Zh. – Rezhim dostupa : https://ufn.ru/ufn82/ ufn82_7/Russian/r827f.pdf.
  14. Brilinskaja E.S. Magnitnye svojstva poluprovodnikovyh nanostruktur, sil’nolegirovannyh borom [Jelektronnyj resurs] : avtoreferat diss. raboty na soisk. uch. stepeni k.f-m.n. / Brilinskaja E.S. – S.-Peterburg, 2011. – Rezhim dostupa : http://elib.spbstu.ru/dl/2276.pdf/download/2276.pdf.
  15. Jeffekt de Gaaza – van Al’fena [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84% D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%B4%D0%B5_%D0%A5%D0%B0%D0%B0%D0%B7%D0%B0_%E2%80%94_%D0%B2%D0%B0%D0%BD_%D0%90%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B5%D0%BD%D0%B0.
  16. Jeffekt de Gaaza — van Al’fena v nanostrukturah ftorida kadmija [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://journals. ioffe.ru/articles/viewPDF/7602.
  17. Jenciklopedija po mashinostroeniju XXL [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://mash-xxl.info/info/188432/.
  18. Pajerls R. Sjurprizy v teoreticheskoj fizike [Jelektronnyj resurs] / Pajerls R. – M. : Nauka, 1988. – 176 s. – (Serija “Biblioteka teoreticheskoj fiziki”, vyp. 6). – Rezhim dostupa : http://lib.sernam.ru /book stp.php?id=25.
  19. Zvorykina R. A. Nekotorye rezul’taty issledovanija magnitoakusticheskogo jeffekta v splavah na osnove aljuminija [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://www.akzh.ru/pdf/1966_3_306-309.pdf
  20. Jenciklopedija po mashinostroeniju XXL. – C. 190 [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://mash-xxlinfo/page/060176 241170138188204243103233025233250103131142/
  21. Anomal’nyj skinjeffekt // Nauchnaja biblioteka. – C. 428 [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://scask.ru/book_t_phis 10.php?id=102 .
  22. Skin-jeffekt [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%B8%D0%BD-%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82#%D0%90%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0 %BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BD-%D1%8D%D1%84%D1%84 %D0%B5%D0%BA%D1%82 .
  23. Ciklotronnaja chastota [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA% D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B0 .
  24. Ciklotronnyj rezonans [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA %D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D1%81.
  25. Ciklotronnaja macsa [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0% BB%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B0.
  26. Ciklotronnyj rezonans v metalle [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://www.kapitza.ras.ru/~glazkov/teaching/2015-08.pdf.
  27. Ciklotronnyj rezonans [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://referatplus.ru/fizika/1_fizika_0316.php
  28. Jenciklopedija po mashinostroneiju XXL. – C. 751 [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://mash-xxl.info/page/139118 138193090219114073027195194209166100172047/.
  29. Measuring FS using the de Haas-van Alphen effect. URL: https://phy.ntnu.edu.tw/~changmc/Teach/ SS/SSG_note/grad_chap14.pdf.
  30. Fizicheskaja jenciklopedija. Ciklotronnyj rezonans [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://dic.academic.ru/ dic.nsf/enc_physics/524/%D0%A6%D0%98%D0%9A%D0%9B%D0%9E%D0%A2%D0%A0%D0%9E%D0%9D%D0%9D%D0%AB%D0%99.
  31. Gantmahera jeffekt. Radiochastotnyj razmernyj jeffekt [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://www.heuristic.su/ effects/catalog/est/byId/description/179/index.html.
  32. Jelektron-fononnoe vzaimodejstvie [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : http://femto.com.ua/articles/part_2/4715.html.

Post Author: npetliaks

Translate