Способ определения энергетического спектра проводников Советский патент 1987 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения энергетического спектра проводников.

Определение энергетического спектра проводников сводится к определению знака и импульса.квазичастиц в определенных точках импульсного пространства, что во многих случаях является необходимым условием вычисления при помощи методов теорфизики классических характеристик проводников.

Целью изобретения является повышение точности измерения импульса, заряженных частиц за счет исключения поперечной электронной фокусировки и влияния состояния поверхности исследуемого объекта.

На фиг, 1 представлена блок-схема измерений; на фиг, 2 - схема явления переноса звукового импульса, месторасположения электроакустических преобразователей и разреза; на фиг, 3 - пример экспериментальной записи зависимости суммарного сигнала интерференции, перенесенного по циклотронным орбитам заряженными частицами звукового импульса с когерентным опорным сигналом, от величины и направления магнитного поля.

13

30 единственном направлении поля, в то время как орбины частиц противоположного знака отсекаются разрезом,

В основе способа лежит явление переноса звукового импульса носителяБлок-схема устройства (фиг, 1), реализующего предлагаемый способ, состоит из образца 1 с преобразователями 2 и 3 и разрезом 4 (фиг, 2), высо- 35 ми заряда в поперечном магнитном поле кочастотного генератора 5, аттенюато- (фиг, 2), При вхождении звуковой вол- ра 6 и регистрирующего блока 7, Высокочастотный генератор 5, работающий в импульсном режиме, возбуждает передающий преобразователь .2, Часть энер- 40 потенциальным рельефом волны, В магны в образец в нем порождается упорядоченное в пространстве возмущение электронной плотности, следящее за

гии генератора 5, представляющая когерентный опорный сигнал, ответвляется и через аттенюатор 6 подается на регистрирующий блок 7, где он интерферирует с сигналом, снимаемым с приемного преобразователя 3, возбуждаемого перенесенным звуковым импульсом. Оптимальная величина опорного сигнала устанавливается аттенюатором 6, Длительность возбуждающего радиосигнала в генераторе 5 выбирается такой, чтобы сигнал переноса во времени с ним перекрывался. Регистрирующий блок 7 позволяет записывать результат интерференции перенесенного и опорного сиг налов в зависимости от величины обратного магнитного поля. Образец (фиг, 2) приготовлен из монокристалла исследуемого проводника и имеет про

597352

извольную форму с двумя плоскопараллельными срезами, к которым прикреплены электроакустические преобразователи 2 и 3, Примерно в средней части образца сделан разрез 4, препятствующий прямому прохождению/звукового сиг- |нала между преобразователями. Образец находится внутри криостата (на фиг,2

10 (не показан), позволяющего работать при гелиевых температурах (для получения достаточной длины свободного пробега носителей заряда), и помещен в магнитное поле, величина которого

1ц может изменяться, а направление перпендикулярно волновому вектору звука. При данном направлении магнитного поля и волнового вектора звука (фиг,2) вклад в формирование предвестника дают только электроны (их орбиты обозначены сплошной стрелкой 8), дырочные же орбиты (пунктирная стрелка 9) отсекаются разрезом. Если поменять направление поля на противоположное, то будут отсекаться орбиты электронов. Таким образом, переносимый движущимися по циклотронным орбитам частицами звуковой сигнал в зависимости от знака орбит частиц появляется при

30 единственном направлении поля, в то время как орбины частиц противоположного знака отсекаются разрезом,

В основе способа лежит явление переноса звукового импульса носителя20

25

35 ми заряда в поперечном магнитном поле (фиг, 2), При вхождении звуковой вол- 40 потенциальным рельефом волны, В магми заряда в поперечном магнитном поле (фиг, 2), При вхождении звуковой вол- потенциальным рельефом волны, В магны в образец в нем порождается упорядоченное в пространстве возмущение электронной плотности, следящее за

нитном поле Н, перпендикулярном волновому вектору звука q, это возмущение переносится на расстояние, равное экстремальному диаметру Т циклотрон- ных орбит, и там порождает звуковое поле, распространяющееся со звуковой

скоростью предвестник. Фаза высокочастотных колебаний в предвестнике 2CPexti

) и она изменяется ли-f

Ч - еН

нейно в зависимости от Н (здесь L - длина образца; Pextz экстремальный фермиевский импульс; С - скорость света; е - заряд электрона),

Если сравнить результат интерференции переносимого сигнала с когерентным ему опорным сигналом, имеющим фиксированную фазу ( в зависимости от величины обратного магнитного поля), то

мы получим осциллирующую кривую, где каждой осцилляции будет соответствовать изменение фазы переносимого сигнала на 2Т. По периоду этих осцилляции {гг) можно вычислить эстремальный п

ЛЬС

импульс носителей заряда

ГГр Р

(1)

Зависящая от магнитного поля разность фаз двух сигналов qD реально соответствует , что позволяет получить практически такую же точность определения PextTL какая достижима в квантовоосцилляционных явлениях (1%).

Таким образом, для измерения экстремального импульса носителей заряда нужно определить период осцилляции в обратном поле и по формуле (1) вычислить величину импульса. Знак заряда определяется из взаимной ориентации магнитного поля, волнового вектора звука и местоположения разреза в образце.

Записи (фиг. За,б) сделаны при про тивоположных направлениях поля, причем на записи, изображенной на фиг.За выделяются электронные орбиты; на записи, изображенной на фиг. 36 - дырочные ,

Предлагаемый способ одновременного определения знака и импульса носителей заряда применим при условии выполнения неравенства (Б - длина свободного пробега носителей заряда) , В этом случае он обеспечивает высокую, точность определения размеров поверхностей Ферми вследствие того, что звуковая волна взаимодейству

ет с малой электронной группой, летящей почти перпендикулярно q н имеющей угловой раствор, по скоростям (qpr . Кроме того, поскольку переносимый сигнал формируется в объеме проводника, состояние поверхности образца не оказывает влияния на результат измерений.

Формула изобретения

Способ определения энергетического спектра проводников, заключающий- ся в возмущении равновесного движения носителей заряда в проводнике внешним полем в одной пространственно ограниченной области, отсечке части орбит движущихся в магнитном поле заряжен- ных частиц, и регистрации отклика

проводника на возмущение в зависимости от величины и направления магнитного поля в другой пространственно ограниченной области, отличаю- Щ и и с я тем, что, с целью повьше- ния точности измерения импульса заряженных частиц, возмущение движения носителей заряда производят высоко- частбтным акустическим импульсом, на- правление волнового вектора котор ого перпендикулярно направлению магнитного поля, отсечку орбит производят разрезая проводник между двумя пространственно ограниченными областями и пересекая область прямого прохождения акустического сигнала между ними, и регистрируют разность фаз между перенесенным заряженными частицами сигналом и возмущающим сигналом, по зависимости которой от величины магнитного поля определяют импульс заряженных частиц, а по направлению магнитного поля - знак их заряда.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения импульса заряженных частиц. Устройство, реализующее способ, содержит преобразователи 2 и 3, высокочастотный генератор 5, аттенюатор 6 и регистрирующий блок 7. Определение энергетического спектра проводников сводится к определению знака и импульса квазичастиц в определенных точках импульсного пространства. Это во многих случаях является необходимым условием вычисления при помощи методов теор. физики классических характеристик проводников. Б процессе реализации способа исключается поперечная электронная фокусировка и влияние состояния поверхности исследуемого объекта. 3 ил. (Л ICO СЛ :о ел Фиг.1

0,2

о.г

0.16 фиг

0.12

0.08