Способ определения плотности электронов в монокристаллах металла Советский патент 1988 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к способам определения параметров энергетического электронного спектра металлов, в частности плотности электронов пСР ) со средней скоростью вдоль направления магнитного .поля, равной нулю 2 - проекция импульса электронов

(Р

со средней скоростью, равной нулю,

На направление магнитного поля).

; Цель изобретения - повышение дос говерности и упрощение способа опре-.

деления плотности числа электронов

в металлах.

Способ основан на исполь зовании физического эффекта периодической зависимости амплитуды квантовых осцилляции кинетических характеристик металла, в частности коэффициента поглощения ультразвука Г, от квадрата угла между направлением магнитного оля и кристаллографической осью образца при напряженности магнитного поля Н HO (HO - напряженность поля магнитного пробоя), обусловленной интерференционными явлениями в металлах в условиях магнитного пробоя.

При вращении кристалла изменяется угол 6 мехсду направлением вектора магнитного поля и кристаллографичес- кой осью образца, в результате чего изменяются условия интерференции электронных волн в металле и, как следствие, наблюдается периодическая зависимость амплитуды коэффициента поглощения ультразвука от угла .6 . Область существования магнитного пробоя в металле ограничена не только напряженностью магнитного поля Н Ид но и величиной угла между направлени- ем магнитного поля и кристаллографической осью образца, в направлении которой происходит магнитный пробой Это накладывает ограничение на интервал необходимых изменений угла 9 : f б ( о - dP/bV (b - вектор обратной кристаллической решетки металла в направлении, перпендикулярном плоскости вращения образца).

Условием существования квантовых осцилляции кинетических характеристик металла является соотношение между радиусом орбиты электрона в магнитном поле г и длиной свободного пробега 1 : 1 1 н М КИ ( - маг- нитный момент электрона; К - постоянная Больцмана; Т - температура). Такие условия можно реализовать для чистьп{ металлов при низких темпера-

турах. (У J /dP угол существования и ширина слоя магнитопробойной конфи-. гурации.

На фиг. 1 приведена схема вращения образца. Волновой вектор ультразвука q направлен вдоль оси Z, q К Z. Образец вращают вокруг оси Y, поэтому изменение угла в происходит в плоскости XOZ, которая должна одной из главных кристаллографических плоскостей монокристалла.

На фиг. 2 представлена экспериментальная зависимость амплитуды квантовых осцилляции коэффициента поглощения ультразвука Г в олове от квадра - та угла 0 . Экспериментальные точки соединены отрезками прямых произвольным образом. Стрелками обозначены экстремумы зависимости Г(е).

Предлагаемый способ определения плотности числа электронов осуществляют следующим образом.

Образец помещают в криостат с жидким гелием, обеспечивающий получение температур в интервале 1,5-4,2 К, В этом же криостате размещают сверхпроводящий соленоид, создающий магнитное поле напряженностью до 8 Т. Коэффициент поглощения ультразвука измеряют с помощью стандартной импульсной методики. Частота ультразвука w должна удовлетворять условию ql 7 1, где 1 - длина свободного пробега электрона. Для создания в образце ультразвуковой волны к образцу прикрепляют пьезоэлектрические преобра зователи. Взаимная непараллельность преобразователей не должна превышать .

Образец с пъезопреобразователями закрепляют в поворотном устройстве, обеспечивающем возможность вращения образца в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. С помощью этого устройства образец олова ориентируют так, что его кристаллографические направления,100, и fOOl соответствоватш осям X, Y и Z (фиг. 1), Таким образом, при вращении образца изменение угла 6 происходит в главной кристаллографической плоскости (010). Зависимость амплитуды квантовых осцилляции коэффициента поглощения ультразвука Г измеряют при различных углах j б j с ЛР/Ь. По полученным экспериментальным данным строят зависимость Г.(е) при зафиксированном значении напряжен

3

поля Н

143

Ч 1,ОТ, А (6) этой зависимости и плотность электронов п(Р г ) по формуле

1

Ь2

, - 01) 51

) 2 о Н

( Фв 4,14-10 Гс-см - квант магнитного потока).

1437767

измеряют амплитуду квантовых оспилЛя- ций коэффициента поглощения ультразвука при различных значениях угла вращения образца, определяют период зависимости амплитуды квантовых осцилляции кинетических характеристик металла от квадрата угла вращепил, а плотность электронов в монокристалле металла определяют по

Изобретение относится к области определения параметров энергетического электронного спектра металлов, в частности плотности электронов со средней скоростью вдоль направления магнитного поля, равной нулю. Способ определения плотности электронов в монокристаллах металла осуществляют следукндим образом. Помещают образец в криостат с жидким гелием, обеспечивающим температуру 1,5-4,2 К. Туда же помещают сверхпроводящий соленоид, создающий магнитное поле напряженностью до 8 Т. Коэффициент поглощения ультразвука измеряют с помощью стандартной импульсной методики. К образцу прикрепляют пьезоэлектрические преобразователи, взаимная непараллельность которых не превьшает 10 рад. Образец закрепляют в поворотном устройстве, обеспечивающем возможность его вращения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Ориентируют образец по осям X, Y, Z. При его вращении изменение угла в происходит в главной кристаллографической плоскости (010). Зависимость амплитуды квантовых осцилляции коэффициента поглощения ультразвука Г измеряют при различных углах 0 , строят зависимости и определяют плотность электронов по формуле, приве- денной в описании изобретения. Способ имеет повышенную достоверность и прост в реализации. 2 ил. ( (Л со О)

Формула изобретения

Способ определения плотности электронов в монокристаллах металла, включающий воздействие на монокристалл металла однородным магнитным полем и измерение амплитуды квантовы осцилляции макроскопических характеристик металла, отличающи й- с я тем, что, с целью повышения достоверности и упрощения способа, воздействуют на образец однородным магнитным полем с напряженностью, превышающей напряженность поля магнитного пробоя, вращают монокристалл металла вокруг кристаллографической оси, перпендикулярной направлению магнитного поля, в интервале углов, меньших угла существования магнито- пробойной конфигурации, воздействуют на образец ультразвукойой волной.

//

Y

пСР)

1ф Ж01)Ь1

Н

5 где п а

0

5

Н b 0

jO) Ф«

плотность электронов; проекция импульса электронов со средней скоростью, равной нулю, на направление магнитного поля;

напряженность магнитного поля;

вектор обратной кристаллической решетки металла в направлении, перпендикулярном плоскости вращения образца;

период зависимости амплитуды квантовых осцилляции кинетических характеристик металла. от квадрата угла вращения образца;

4,14-10 Гс см - квант магнитного потока.

Z//

Фае.1

.

5Г

1 «У

«5

-и

§

N Ч

t. «

I

I