Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СТАТИЧЕСКИЙ СКИН-ЭФФЕКТ

СТАТИЧЕСКИЙ СКИН-ЭФФЕКТ

СТАТИЧЕСКИЙ СКИН-ЭФФЕКТ - концентрация токовых линий (постоянноготока) вблизи поверхности электронного проводника, помещённого в сильноемагн. поле Н. С. с.-э. наблюдается при низких темп-рах, когда осуществляетсяусловие , где w _с - циклотронная частота электронов, а - частота столкновений электронов в объёме проводника. Это означает, чтовремя свободного пробега электрона во много раз больше периода обращенияпо орбите. При этом токовые линии концентрируются в слое толщиной порядкарадиуса 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 образцастремится 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 проводникаслоя (толщиной ) с большей, чем в объёме, проводимостью. При поперечные (относительно Н) компоненты тензора проводимости дляметаллов с замкнутыми ферми-поверхностями тем больше, чем чаще происходятстолкновения электронов с границей. При этом величины компонент тензорапроводимости в магн. поле значительно меньше проводимости при Н=0 (см. Гальваномагнитные явления, Магнетосопротивление). Электроныиз приграничного слоя толщиной обязательно (при каждом обороте вокруг магн. поля Н) сталкиваютсяс границей, что и приводит к существованию хорошо проводящего слоя вблизиграницы (рис., а, 6).

Конкретное значение приповерхностной проводимости a_s зависитот состояния границы образца (атомногладкая или шероховатая), а также отструктуры ферми-поверхности проводника. В частности, если ферми-поверхностьимеет 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. поляпо сравнению с его движением в объёме проводника и проявляется в величинеприповерхностной проводимости. Макс. отличие приповерхностной проводимостиот объёмной имеет место тогда, когда в объёме проводника электроны движутсяпо 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 электронаот границы металл - вакуум: а, б - электрон остаётся на одной и той жеполости поверхности Ферми; в - электрон поочерёдно «перепрыгивает» с электроннойполости 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 уповерхности, а собств. магн. поле тока - в центре (см. Пинч-эффект).

Непосредств. наблюдение С. с.-э. затруднительно. С. с.-э. проявляетсяпо зависимости сопротивления образцов конечной толщины (пластин, проволок)от магн. поля (см. нижеследующую табл., а также табл. в ст. Размерныеэффекты).

Выражения для проводимости проводников конечных размеров, демонстрирующихстатический скин-эффект (компенсированные металлы;)

Для наблюдения С. с.-э. используют металлы, у к-рых объёмная проводимостьв магн. поле при заметно меньше, чем при Н= 0. В этом смысле особенно показательныобразцы конечных размеров из компенсиров. металлов или собств. полупроводников(число электронов равно числу дырок), т. к. у них в магн. поле объёмнаяпоперечная проводимость в раз меньше, чем при Н =0. При выборе размеров образцов (толщиныпластины d, радиуса проволоки R) необходимо, чтобы роль приповерхностногослоя была заметной и не перекрывалась проводимостью «сердцевины», в к-ройэлектроны 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 отраженияэлектронов 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 геометрииферми-поверхностей металлов, а также к характеру отражения электронов границейобразца 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 привестик концентрации токовых линий вблизи дефектов.

Лит.: Песчанский В. Г., Статический скин-эффект, в сб.: Электроныпроводимости, под ред. М. И. Каганова, В. С. Эдельмана, М., 1985. М. И. Каганов, В. Г. Песчанский.