Эффект Де Хааса – ван Альфена - De Haas–van Alphen effect

В эффект де Хааса – ван Альфена, часто сокращенно dHvA, это квантово-механический эффект, в котором магнитная восприимчивость из чистого металла кристалл колеблется как интенсивность магнитное поле B увеличена. Другие величины также колеблются, например, удельное электрическое сопротивление (Эффект Шубникова – де Гааза ), удельная теплоемкость, и звук затухание и скорость.^[1][2][3] Он назван в честь Бродяга Йоханнеса де Хааса и его ученик Питер М. ван Альфен.^[4] Эффект dHvA возникает из-за орбитального движения странствующих электронов в материале. Эквивалентное явление в слабых магнитных полях известно как Диамагнетизм Ландау.

Описание

Дифференциальная магнитная восприимчивость материала определяется как

${displaystyle chi ={frac {partial M}{partial H}}}$

где ${displaystyle H}$ - приложенное внешнее магнитное поле и ${displaystyle M}$ то намагничивание материала. Такой, что ${displaystyle B=mu _{0}(H+M)}$, где ${displaystyle mu _{0}}$ это вакуумная проницаемость. Для практических целей прикладываемое и измеряемое поле примерно одинаковы. ${displaystyle Bapprox mu _{0}H}$ (если материал не ферромагнитный ).

Колебания дифференциальной восприимчивости на графике против ${displaystyle 1/B}$, иметь период ${displaystyle P}$ (в теслас⁻¹), которая обратно пропорциональна площади ${displaystyle S}$ внешней орбиты Поверхность Ферми (м⁻²) по направлению приложенного поля, то есть

${displaystyle Pleft(B^{-1}ight)={frac {2pi e}{hbar S}}}$,

где ${displaystyle hbar }$ является Постоянная Планка и ${displaystyle e}$ это элементарный заряд.^[5]

Современная формулировка позволяет экспериментально определять поверхность Ферми металла из измерений, проводимых при различной ориентации магнитного поля вокруг образца.

История

Экспериментально он был открыт в 1930 году W.J. de Haas и P.M. ван Альфеном при тщательном изучении намагниченности монокристалла висмут. Намагниченность колебалась как функция поля.^[4] Вдохновением для эксперимента послужил недавно открытый Эффект Шубникова – де Гааза от Лев Шубников и де Хаас, который показал колебания удельного электросопротивления как функцию сильного магнитного поля. Де Хаас считал, что магнитосопротивление должен вести себя аналогичным образом.^[6]

Теоретическое предсказание явления было сформулировано еще до начала эксперимента, в том же году. Лев Ландау,^[7] но он отбросил это, поскольку он думал, что магнитные поля, необходимые для его демонстрации, еще не могут быть созданы в лаборатории.^[8][9][6] Эффект описывался математически с помощью Квантование Ландау из электрон энергии в приложенном магнитном поле. Сильное однородное магнитное поле - обычно несколько теслас - и низкая температура требуется, чтобы материал проявил эффект dHvA.^[10] Позже в частной беседе Дэвид Шенберг спросил Ландау, почему он считает, что экспериментальная демонстрация невозможна. Он ответил, сказав, что Петр Капица, Советник Шенберга, убедил его, что такая однородность в поле нецелесообразна.^[6]

После 1950-х годов эффект dHvA стал более актуальным после того, как Ларс Онсагер (1952),^[11] и независимо, Илья Лифшиц и Арнольд Косевич (1956),^[12] указал, что это явление можно использовать для изображения поверхности Ферми металла.^[6]

использованная литература

1. Чжан Минчжэ. «Измерение FS с использованием эффекта де Хааса-ван Альфена» (PDF). Введение в физику твердого тела. Национальный Тайваньский педагогический университет. Получено 2010-02-11.
2. Гольштейн, Теодор Д .; Нортон, Ричард Э .; Пинкус, Филипп (1973). «Эффект де Хааса-ван Альфена и теплоемкость электронного газа». Физический обзор B. 8 (6): 2649. Bibcode:1973PhRvB ... 8.2649H. Дои:10.1103 / PhysRevB.8.2649.
3. Суслов, Алексей; Свительский, Алексей; Palm, Eric C .; Мерфи, Тимоти П .; Шулятев, Дмитрий А. (2006). «Импульсно-эхо-методика для угловых зависимых магнитоакустических исследований». Материалы конференции AIP. 850: 1661.
4. de Haas, W.J .; ван Альфен, П. (1930). «Зависимость восприимчивости диамагнитных металлов от поля» (PDF). Proc.Acad.Sci.Amst. 33: 1106–1118.
5. Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого тела (8-е изд.). Wiley. ISBN  978-0-471-41526-8.
6. Шенберг, Дэвид (1987). «Электроны на поверхности Ферми». В Weaire, D.L .; Виндзор, К. (ред.). Наука о твердом теле: прошлое, настоящее и прогнозируемое. Бристоль, Англия: А. Хильгер. п. 115. ISBN  978-0852745847. OCLC  17620910.
7. Ландау, Л. Д. "Diamagnetismus der Metalle". Zeitschrift für Physik 64.9 (1930): 629-637.
8. Шенберг, Дэвид (1965). «Эффект де Хааса-Ван Альфена». In Daunt, J.G .; Эдвардс, Д.О .; Milford, F.J .; Якуб М. (ред.). Физика низких температур LT9. Бостон: Спрингер. С. 665–676. Дои:10.1007/978-1-4899-6443-4_6. ISBN  978-1-4899-6217-1.
9. Мардер, Майкл П. (2000). Физика конденсированного состояния. Wiley.
10. Харрисон, Нил. "Эффект де Хааса-ван Альфена". Национальная лаборатория сильного магнитного поля на Лос-Аламосская национальная лаборатория. Получено 2010-02-11.
11. Онсагер, Ларс (1952). «Интерпретация эффекта де Хааса-ван Альфена». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. 43: 1006–1008 - через Тейлора и Фрэнсиса.
12. Лифшиц Илья Михайлович; Косевич, Арнольд М. (1956). «Теория магнитной восприимчивости металлов при низких температурах» (PDF). Советская физика в ЖЭТФ. 2: 636–645 - через Журнал экспериментальной и теоретической физики.

внешние ссылки

• Сузуки, Масацугу; Сузуки, Ицуко С. (26 апреля 2006 г.). «Лекция по физике твердого тела: эффект де Хааса-ван Альфена» (PDF). Государственный университет Нью-Йорка в Бингемтоне. Архивировано из оригинал (PDF) 18 июля 2011 г.. Получено 2010-02-11.