Циклотронный (диамагнитный) резонанс

Рис.1.50.Степень поглощения при циклотронном резонансе в зависимости от напряженности постоянного магнитного поля ( в единицах ).	Рис.1.51. Поглощение при циклотронном резонансе в германии.

В циклотроне реализуется аналогичная картина: электроны вращаются в постоянном поле по круговой траектории, получают после каждого оборота энергию от высокочастотного поля и изменяют свою траекторию. Этот процесс повторяется до тех пор, пока электроны не накопят достаточную энергию, после чего выводятся из циклотрона. Поэтому и резонанс получил название циклотронного. Так как по правилу Ленца изменение магнитного потока через электрический контур индуцирует в контуре ток, магнитный эффект которого будет противодействовать указанному изменению, то в цепи без сопротивления, которой является электронная орбита атома, индуцированный ток сохраняется пока существует поле. Магнитный момент связанный с этим током есть диамагнитный момент. Поэтому такой резонанс сразу после его открытия Я. Г. Дорфманом был назван диамагнит­ным, но впоследствии укоренилось название циклотронного.

Так как поле является относительно слабым, а энергия связи электрона с ядром сравнительно велика (1-10 эВ), то циклотронный резонанс будет происходить только на свободных электронах или дырках, т. е. на носителях заряда, находящихся в разрешенных зонах. Кроме того, циклотронный резонанс можно экспериментально наблюдать, если полученная от высокочастотного поля энергия не успеет рассеяться за период колебаний поля Т=1/v. Следовательно, t — время между двумя последовательными столкновениями (время свободного пробега, время жизни и т.д.)при рассея­нии энергии должно быть много больше Т (или ),чтобы за время Т электрон успел совершить хотя бы один оборот. Чем больше электрон делает оборотов, тем резче (острее) проявляется резонанс.

Время свободного пробега t носителей заряда тем больше, чем меньше в кристалле структурных несовершенств. Поэтому эксперименты по циклотронному резонансу необходимо проводить при очень низких температурах (обычно при 4,2 К) и на особо чистых кристаллах, у которых еще не сказывается примесный механизм рассеяния носителей заряда. Обычно на опыте задается частота радиоизлучения, а резонанс достигается изменением индукции магнитного поля.

Измеряя на опыте значение циклотронной частоты и напряжен­ности постоянного магнитного поля, из (1.90) можно получить значение эффективной массы носителей заряда. Исследуя с помощью циклотронного резонанса m* в кристаллах, различно ориентированных по отношению к магнитному полю сво­ими кристаллографическими плоскостями, удается изучать анизо­тропию эффективной массы, т. е. анизотропию зонной структуры полупроводника.