Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн
Исследована электромагнитная прозрачность образцов монокристаллического галлия высокой чистоты при температурах 1,7–4,2 К в нулевом магнитном поле. В условиях достаточно сильной временной дисперсии обнаружены пучковые электромагнитные волны, обусловленные электронами уплощений поверхности Ферми. И...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2006 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120873 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн / Н.Г. Бурма, А.И. Петришин, Н.А. Рябуха, В.Д. Филь // Физика низких температур. — 2006. — Т. 32, № 12. — С. 1507–1515. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-120873 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бурма, Н.Г. Петришин, А.И. Рябуха, Н.А. Филь, В.Д. 2017-06-13T06:05:59Z 2017-06-13T06:05:59Z 2006 Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн / Н.Г. Бурма, А.И. Петришин, Н.А. Рябуха, В.Д. Филь // Физика низких температур. — 2006. — Т. 32, № 12. — С. 1507–1515. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 43.35.+d https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120873 Исследована электромагнитная прозрачность образцов монокристаллического галлия высокой чистоты при температурах 1,7–4,2 К в нулевом магнитном поле. В условиях достаточно сильной временной дисперсии обнаружены пучковые электромагнитные волны, обусловленные электронами уплощений поверхности Ферми. Измерены скорость, затухание, модули и начальные фазы коэффициентов возбуждения, частотная зависимость затухания и зависимость фазовой скорости от времени релаксации. Пучковые волны, в отличие от баллистического (квазиволнового) переноса электромагнитного поля, характеризуются наличием затухания Ландау и значительным уменьшением фазовой скорости с уменьшением времени релаксации. Досліджено електромагнітну прозорість зразків монокристалічного галію високої чистоти при температурах 1,7–4,2 К у нульовому магнітному полі. В умовах досить сильної часової дисперсії виявлено пучкові електромагнітні хвилі, що обумовлено електронами cплощень поверхні Фермі. Обміряно швидкість, загасання, модулі й початкові фази коефіцієнтів збудження, частотна залежність загасання й залежність фазової швидкості від часу релаксації. Пучкові хвилі, на відміну від балістичного (квазіхвильового) переносу електромагнітного поля, характеризуються наявністю загасання Ландау й значним зменшенням фазової швидкості зі зменшенням часу релаксації. Electromagnetic transparency of high purity monocrystal gallium samples has been investigated. Velocity, damping, modules and starting phases of excitation coefficients, dependence of attenuation on frequency and phase speed dependence on time relaxation were measured. The beam waves differ from the ballistic (quasiwave) transference of electromagnetic field by the presence of Landau damping and significant decreasing of phase speed with time relaxation. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Электpонные свойства металлов и сплавов Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн Åõperimental descovering beam electromagnetic waves Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн |
| spellingShingle |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн Бурма, Н.Г. Петришин, А.И. Рябуха, Н.А. Филь, В.Д. Электpонные свойства металлов и сплавов |
| title_short |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн |
| title_full |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн |
| title_fullStr |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн |
| title_sort |
экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн |
| author |
Бурма, Н.Г. Петришин, А.И. Рябуха, Н.А. Филь, В.Д. |
| author_facet |
Бурма, Н.Г. Петришин, А.И. Рябуха, Н.А. Филь, В.Д. |
| topic |
Электpонные свойства металлов и сплавов |
| topic_facet |
Электpонные свойства металлов и сплавов |
| publishDate |
2006 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Åõperimental descovering beam electromagnetic waves |
| description |
Исследована электромагнитная прозрачность образцов монокристаллического галлия высокой чистоты при температурах 1,7–4,2 К в нулевом магнитном поле. В условиях достаточно
сильной временной дисперсии обнаружены пучковые электромагнитные волны, обусловленные
электронами уплощений поверхности Ферми. Измерены скорость, затухание, модули и начальные фазы коэффициентов возбуждения, частотная зависимость затухания и зависимость фазовой скорости от времени релаксации. Пучковые волны, в отличие от баллистического (квазиволнового) переноса электромагнитного поля, характеризуются наличием затухания Ландау и
значительным уменьшением фазовой скорости с уменьшением времени релаксации.
Досліджено електромагнітну прозорість зразків монокристалічного галію високої чистоти
при температурах 1,7–4,2 К у нульовому магнітному полі. В умовах досить сильної часової
дисперсії виявлено пучкові електромагнітні хвилі, що обумовлено електронами cплощень поверхні Фермі. Обміряно швидкість, загасання, модулі й початкові фази коефіцієнтів збудження, частотна залежність загасання й залежність фазової швидкості від часу релаксації. Пучкові
хвилі, на відміну від балістичного (квазіхвильового) переносу електромагнітного поля, характеризуються наявністю загасання Ландау й значним зменшенням фазової швидкості зі зменшенням часу релаксації.
Electromagnetic transparency of high purity
monocrystal gallium samples has been investigated.
Velocity, damping, modules and starting
phases of excitation coefficients, dependence of
attenuation on frequency and phase speed dependence
on time relaxation were measured.
The beam waves differ from the ballistic (quasiwave)
transference of electromagnetic field by
the presence of Landau damping and significant
decreasing of phase speed with time relaxation.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120873 |
| citation_txt |
Экспериментальное обнаружение электромагнитных пучковых волн / Н.Г. Бурма, А.И. Петришин, Н.А. Рябуха, В.Д. Филь // Физика низких температур. — 2006. — Т. 32, № 12. — С. 1507–1515. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT burmang éksperimentalʹnoeobnaruženieélektromagnitnyhpučkovyhvoln AT petrišinai éksperimentalʹnoeobnaruženieélektromagnitnyhpučkovyhvoln AT râbuhana éksperimentalʹnoeobnaruženieélektromagnitnyhpučkovyhvoln AT filʹvd éksperimentalʹnoeobnaruženieélektromagnitnyhpučkovyhvoln AT burmang aoperimentaldescoveringbeamelectromagneticwaves AT petrišinai aoperimentaldescoveringbeamelectromagneticwaves AT râbuhana aoperimentaldescoveringbeamelectromagneticwaves AT filʹvd aoperimentaldescoveringbeamelectromagneticwaves |
| first_indexed |
2025-11-26T22:50:58Z |
| last_indexed |
2025-11-26T22:50:58Z |
| _version_ |
1850779033131810816 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12, ñ. 1507–1515
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îáíàðóæåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ
ïó÷êîâûõ âîëí
Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä. Ôèëü
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: Fil@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16 ÿíâàðÿ 2006 ã.
Èññëåäîâàíà ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ïðîçðà÷íîñòü îáðàçöîâ ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ãàëëèÿ âûñî-
êîé ÷èñòîòû ïðè òåìïåðàòóðàõ 1,7–4,2 Ê â íóëåâîì ìàãíèòíîì ïîëå.  óñëîâèÿõ äîñòàòî÷íî
ñèëüíîé âðåìåííîé äèñïåðñèè îáíàðóæåíû ïó÷êîâûå ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû, îáóñëîâëåííûå
ýëåêòðîíàìè óïëîùåíèé ïîâåðõíîñòè Ôåðìè. Èçìåðåíû ñêîðîñòü, çàòóõàíèå, ìîäóëè è íà÷àëü-
íûå ôàçû êîýôôèöèåíòîâ âîçáóæäåíèÿ, ÷àñòîòíàÿ çàâèñèìîñòü çàòóõàíèÿ è çàâèñèìîñòü ôàçî-
âîé ñêîðîñòè îò âðåìåíè ðåëàêñàöèè. Ïó÷êîâûå âîëíû, â îòëè÷èå îò áàëëèñòè÷åñêîãî (êâàçè-
âîëíîâîãî) ïåðåíîñà ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, õàðàêòåðèçóþòñÿ íàëè÷èåì çàòóõàíèÿ Ëàíäàó è
çíà÷èòåëüíûì óìåíüøåíèåì ôàçîâîé ñêîðîñòè ñ óìåíüøåíèåì âðåìåíè ðåëàêñàöèè.
Äîñë³äæåíî åëåêòðîìàãí³òíó ïðîçîð³ñòü çðàçê³â ìîíîêðèñòàë³÷íîãî ãàë³þ âèñîêî¿ ÷èñòîòè
ïðè òåìïåðàòóðàõ 1,7–4,2 Ê ó íóëüîâîìó ìàãí³òíîìó ïîë³.  óìîâàõ äîñèòü ñèëüíî¿ ÷àñîâî¿
äèñïåðñ³¿ âèÿâëåíî ïó÷êîâ³ åëåêòðîìàãí³òí³ õâèë³, ùî îáóìîâëåíî åëåêòðîíàìè cïëîùåíü ïî-
âåðõí³ Ôåðì³. Îáì³ðÿíî øâèäê³ñòü, çàãàñàííÿ, ìîäóë³ é ïî÷àòêîâ³ ôàçè êîåô³ö³ºíò³â çáóäæåí-
íÿ, ÷àñòîòíà çàëåæí³ñòü çàãàñàííÿ é çàëåæí³ñòü ôàçîâî¿ øâèäêîñò³ â³ä ÷àñó ðåëàêñàö³¿. Ïó÷êîâ³
õâèë³, íà â³äì³íó â³ä áàë³ñòè÷íîãî (êâàç³õâèëüîâîãî) ïåðåíîñó åëåêòðîìàãí³òíîãî ïîëÿ, õàðàê-
òåðèçóþòüñÿ íàÿâí³ñòþ çàãàñàííÿ Ëàíäàó é çíà÷íèì çìåíøåííÿì ôàçîâî¿ øâèäêîñò³ ç³ çìåí-
øåííÿì ÷àñó ðåëàêñàö³¿.
PACS: 43.35.+d
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ïðîçðà÷íîñòü ìåòàëëà, óïëîùåíèÿ ïîâåðõíîñòè Ôåðìè,
çàòóõàíèå Ëàíäàó, ïó÷êîâûå âîëíû.
Ðàñïðîñòðàíåíèþ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí â íîð-
ìàëüíûõ ìåòàëëàõ ïðè ãåëèåâûõ òåìïåðàòóðàõ ïî-
ñâÿùåíî áîëüøîå ÷èñëî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ è òåî-
ðåòè÷åñêèõ ðàáîò è îáçîðîâ (ñì., íàïðèìåð, [1]). Â
îñíîâíîì èçó÷åíû ìåõàíèçìû ýëåêòðîìàãíèòíîé
ïðîçðà÷íîñòè ìåòàëëîâ â ìàãíèòíîì ïîëå.  ñëó÷àå
æå íóëåâîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ, íà÷èíàÿ ñ ôóíäàìåí-
òàëüíîé ðàáîòû Ðîéòåðà è Çîíäãåéìåðà [2] áîëåå
÷åì ïîëóâåêîâîé äàâíîñòè, ïðåîáëàäàëî ïðåäñòàâ-
ëåíèå, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ïðîçðà÷íîñòü ìåòàëëà
ìîæåò áûòü ñâÿçàíà ñ êâàçèâîëíîâûì ïåðåíîñîì íå-
ýôôåêòèâíûìè ýëåêòðîíàìè è óáûâàþùèì âãëóáü
ìåòàëëà ïîëåì àíîìàëüíîãî ñêèí-ñëîÿ, ôîðìèðóå-
ìîãî ýôôåêòèâíûìè ýëåêòðîíàìè. Òåì íå ìåíåå â
ðàáîòàõ Êàãàíîâà ñ ñîòðóäíèêàìè [3] è Áåçóãëîãî
[4] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî â ìåòàëëàõ ñ îñîáåííîñòÿìè
ëîêàëüíîé ãåîìåòðèè ïîâåðõíîñòè Ôåðìè (ÏÔ)
ñóùåñòâóþò ñèòóàöèè, ïðè êîòîðûõ äîïóñêàåòñÿ
âîçìîæíîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ â îïðåäåëåííûõ êðè-
ñòàëëîãðàôè÷åñêèõ íàïðàâëåíèÿõ ñëàáîçàòóõàþ-
ùèõ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí è ïðè H � 0. Â òàêèõ
êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ íàïðàâëåíèÿõ ïðè îáÿçà-
òåëüíîì óñëîâèè ñèëüíîé âðåìåííîé äèñïåðñèè
�� �� 1 (� — öèêëè÷åñêàÿ ÷àñòîòà ñèãíàëà, � — âðå-
ìÿ ðåëàêñàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà) ìíèìàÿ ñîñòàâ-
ëÿþùàÿ âûñîêî÷àñòîòíîé ïðîâîäèìîñòè ìåòàëëà,
îáû÷íî ïîëîæèòåëüíàÿ, äîëæíà èçìåíèòü çíàê è ïî
ìîäóëþ ïðåâîñõîäèòü ðåàëüíóþ ñîñòàâëÿþùóþ, îï-
ðåäåëÿþùóþ äèññèïàöèþ ýíåðãèè âîëíû ñ âîëíî-
âûì âåêòîðîì k
Im � � 0, | Im ( , , )| Re ( , , )� � � � � �k k�� . (1)
© Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä. Ôèëü, 2006
 ðàáîòå [3] óñëîâèå (1) âûïîëíÿåòñÿ çà ñ÷åò ñó-
ùåñòâîâàíèÿ íà ÏÔ îáëàñòåé íóëåâîé êðèâèçíû
âáëèçè ïàðàáîëè÷åñêèõ òî÷åê O-òèïà, à ñâÿçàííûå ñ
íèìè ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû èìåþò áëèçêèé ê
êîðíåâîé çàâèñèìîñòè ñïåêòð è çàòóõàíèå.
Âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ ñëàáîçàòóõàþùèõ
ïó÷êîâûõ âîëí â ìåòàëëàõ ñ ïëîñêèìè ó÷àñòêàìè
ÏÔ èññëåäîâàíà â ðàáîòå [4] â ìîäåëè îäíîçîííîãî
ìåòàëëà ñî ñôåðè÷åñêîé ÏÔ ñ äâóìÿ óïëîùåíèÿìè
— «àíòèïîäàìè», îáùåé óäåëüíîé ïëîùàäüþ C è
ñêîðîñòüþ íîñèòåëåé çàðÿäà íà íèõ, ðàâíîé v0.
Èç [4] ñëåäóåò, ÷òî â îáëàñòè îòíîñèòåëüíî íåáîëü-
øèõ çíà÷åíèé âîëíîâîãî âåêòîðà, ïðåäñòàâëÿþùèõ
èíòåðåñ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíîé òî÷êè çðåíèÿ, ñïåêòð
ïó÷êîâûõ âîëí èçìåíÿåòñÿ îò êâàäðàòè÷íîãî ê
ëèíåéíîìó â çàâèñèìîñòè îò óãëà ñêîëüæåíèÿ
� � �( �
kv0 /2). Ïðè C << 1 ñóùåñòâîâàíèå
ïó÷êîâûõ âîëí âîçìîæíî ëèøü ïðè ìàëûõ óãëàõ
� �� C. Ïðè ýòîì ýëåêòðîíû óïëîùåííîãî ó÷àñòêà
ÏÔ ïåðåíîðìèðóþò êîìïîíåíòû òåíçîðà ïîâåðõ-
íîñòíîãî èìïåäàíñà ìåòàëëà, âñëåäñòâèå ÷åãî âîç-
íèêàåò âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ ïó÷êîâûõ âîëí
ñ êâàäðàòè÷íûì çàêîíîì äèñïåðñèè è ìàëîé äëè-
íîé âîëíû ïîðÿäêà òîëùèíû ñêèí-ñëîÿ � ��
�� ( )2 0� � �v / . Òàêîé òèï ïó÷êîâûõ âîëí óìåñòíî
íàçâàòü êîðîòêîâîëíîâûì.  ñëó÷àå áîëüøèõ óãëîâ
C /� �� � 2, êîãäà ïåðåíîðìèðîâêà ñêèí-ñëîÿ ýëåê-
òðîíàìè óïëîùåííîãî ó÷àñòêà íåñóùåñòâåííà, âîç-
ìîæíî ñóùåñòâîâàíèå ïó÷êîâûõ âîëí ñ ëèíåéíûì
ñïåêòðîì, â ðàìêàõ èñïîëüçóåìîé ìîäåëè ÏÔ èìåþ-
ùèì âèä
� � ���
�kv i0
11sin ( ( ) ). (2)
Äëèíà âîëíû â äàííîì ñëó÷àå � � � �� ( ) sin2 0v /
ìîæåò äîñòèãàòü ïðè � �� /2 çíà÷åíèé, íà äâà-òðè
ïîðÿäêà áîëüøèõ äëèíû çâóêîâîé âîëíû òîé æå
÷àñòîòû, ïîýòîìó ýòîò òèï ïó÷êîâîé âîëíû íàçâàí
íàìè äëèííîâîëíîâûì. Ñóùåñòâîâàíèå äëèííîâîë-
íîâîé ìîäû â ñìûñëå âûïîëíåíèÿ óñëîâèÿ (1) òðå-
áóåò, ïî-âèäèìîìó, çíà÷èòåëüíî áîëüøåé îòíîñè-
òåëüíîé ïëîùàäè ïëîñêîãî ó÷àñòêà ïî ñðàâíåíèþ ñ
êîðîòêîâîëíîâîé.
Ýêñïåðèìåíòàëüíî âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ
êîðîòêîâîëíîâûõ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí â ãàëëèè
ïðè H � 0 ïðîâåðÿëàñü â àêóñòè÷åñêèõ ýêñïåðèìåí-
òàõ [5]. Â íîðìàëüíîì ñîñòîÿíèè ïðîÿâëåíèÿ ðåçî-
íàíñíîãî ñâÿçûâàíèÿ çâóêà ñ ýëåêòðîìàãíèòíûìè
âîëíàìè îáíàðóæèòü íå óäàëîñü, íî âáëèçè òåìïåðà-
òóðû ñâåðõïðîâîäÿùåãî ïåðåõîäà íàáëþäàëèñü îñî-
áåííîñòè â ïîãëîùåíèè è ñêîðîñòè çâóêà, ïîçâîëÿâ-
øèå ãîâîðèòü î ðåçîíàíñíîì ñâÿçûâàíèè çâóêà ñ
íîâîé äëÿ ñâåðõïðîâîäíèêîâ âåòâüþ êîëëåêòèâíûõ
êîëåáàíèé — ñëàáîçàòóõàþùåé ïó÷êîâîé âîëíîé. Â
ðàáîòå [6], âûïîëíåííîé íà âîëüôðàìå, ÏÔ êîòîðî-
ãî òàêæå ñîäåðæèò çíà÷èòåëüíûå óïëîùåíèÿ, îòìå-
÷åí ëèøü ñàì ôàêò àíîìàëüíî áîëüøîé àìïëèòóäû
ýëåêòðîìàãíèòíîãî ñèãíàëà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç îá-
ðàçåö, áåç êàêîãî-ëèáî àíàëèçà åãî ïðèðîäû.
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ýêñïåðèìåíòàëüíî-
ìó îáíàðóæåíèþ äëèííîâîëíîâûõ ïó÷êîâûõ ýëåê-
òðîìàãíèòíûõ âîëí â ãåîìåòðèè îïûòà � �� /2 â
ãàëëèè, ÏÔ êîòîðîãî ñîäåðæèò çíà÷èòåëüíûå óïëî-
ùåíèÿ [7].
1. Òåõíèêà è ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà
Äëÿ èçó÷åíèÿ îñîáåííîñòåé ðàñïðîñòðàíåíèÿ
ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèãíàëîâ ÷åðåç îáðàçåö èñïîëü-
çîâàëàñü ìåòîäèêà ðàáîòû «íà ïðîõîä», ïîçâîëÿâ-
øàÿ èçìåðÿòü çàòóõàíèå è ñêîðîñòü ýëåêòðîìàãíèò-
íûõ ñèãíàëîâ ïî èçìåíåíèþ èõ àìïëèòóäû è ôàçû
íà âûõîäå îáðàçöà.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà ðàáîòàëà â èì-
ïóëüñíîì ðåæèìå (äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà � 1 ìêc)
íà ÷àñòîòàõ 25 è 50 ÌÃö. Îíà ïðåäñòàâëÿëà ñîáîé
àâòîìàòè÷åñêè áàëàíñèðóþùèéñÿ ïî ôàçå è àìïëè-
òóäå âûñîêî÷àñòîòíûé ìîñò [8], â îäíî èç ïëå÷ êîòî-
ðîãî âêëþ÷àëñÿ èññëåäóåìûé îáðàçåö ñ èçëó÷àþùåé
è ïðèåìíîé êàòóøêàìè. Óïðîùåííàÿ áëîê-ñõåìà
ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1.
Íà ðèñ. 2 èçîáðàæåíà êîíñòðóêöèÿ äåðæàòåëÿ îá-
ðàçöà. Èçëó÷àþùàÿ è ïðèåìíàÿ êàòóøêè — ïðÿìî-
óãîëüíûå ñ ðàçìåðàìè 2�4�4. Ïîñëåäîâàòåëüíî ñ êà-
òóøêàìè äëÿ êîìïåíñàöèè èõ èíäóêòèâíîñòåé íà
1508 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12
Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä. Ôèëü
1
5
2
7
3 4
6
8
9
12
�E
��
Îáðàçåö
10
11
C C
Ðèñ. 1. Óïðîùåííàÿ áëîê-ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñ-
òàíîâêè. Âûñîêî÷àñòîòíûé ãåíåðàòîð íåïðåðûâíûõ êî-
ëåáàíèé ðàáî÷åé ÷àñòîòû (1); ñòðîáèðóåìûé óñèëèòåëü
êàíàëà çîíäèðóþùåãî ñèãíàëà (2); ôàçîâðàùàòåëü ñèã-
íàëà êîìïåíñàöèè ïàðàçèòíîãî çîíäèðóþùåãî ñèãíàëà
(3); àòòåíþàòîð ñèãíàëà êîìïåíñàöèè ïàðàçèòíîãî çîí-
äèðóþùåãî ñèãíàëà (4); ôàçîâðàùàòåëü êàíàëà ñèãíàëà
ñðàâíåíèÿ (5); ñòðîáèðóåìûé óñèëèòåëü êàíàëà ñðàâíå-
íèÿ (6); àòòåíþàòîð êàíàëà ñðàâíåíèÿ (7); ïðèåìíèê
(8); äåòåêòîð ñèãíàëîâ îøèáêè ïî ôàçå è àìïëèòóäå (9);
ñëåäÿùàÿ ñèñòåìà êàíàëà àìïëèòóäû (10); ñëåäÿùàÿ
ñèñòåìà êàíàëà ôàçû (11); îñöèëëîãðàô (12).
ðàáî÷åé ÷àñòîòå âêëþ÷àëèñü ñîãëàñóþùèå êîíäåíñà-
òîðû, ÷òî ïîçâîëÿëî íà ïîðÿäîê óâåëè÷èòü ïîëåç-
íûé ñèãíàë.
Ïðè èññëåäîâàíèÿõ â ìåòîäèêå «íà ïðîõîä», êàê
èçâåñòíî, íåîáõîäèìà òùàòåëüíàÿ ýêðàíèðîâêà äëÿ
ïðåäîòâðàùåíèÿ ïðîíèêíîâåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî
ñèãíàëà â îáõîä îáðàçöà. Êîíñòðóêöèÿ íàøåãî äåð-
æàòåëÿ çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ óïëîòíÿþùèõ ïðî-
êëàäîê (øàéáû èç îòîææåííîé ìåäè òîëùèíîé
30 ìêì) ïîçâîëÿëà óìåíüøèòü çîíäèðóþùèé ñèãíàë
äî óðîâíÿ íåñêîëüêèõ ìèêðîâîëüò ïðè ìîùíîñòè ãå-
íåðàòîðà ðàäèî÷àñòîòíûõ èìïóëüñîâ � 100 Âò. Îñ-
òàòî÷íûé ñèãíàë, â ñâîþ î÷åðåäü, îñëàáëÿëñÿ äî
óðîâíÿ øóìîâ ïðèåìíîé ÷àñòè óñòàíîâêè ïðè ïîìî-
ùè êîìïåíñèðóþùåé öåïè, ñîñòîÿùåé èç ïëàâíûõ
àòòåíþàòîðà è ôàçîâðàùàòåëÿ.
Êîìïåíñàöèÿ îñòàòî÷íîãî çîíäèðóþùåãî ñèãíàëà
ïðîèçâîäèëàñü ïðè òåìïåðàòóðå � 20 Ê, êîãäà òåì-
ïåðàòóðíûå èçìåíåíèÿ ðàçìåðîâ äåðæàòåëÿ îáðàçöà
ïðàêòè÷åñêè ïðåêðàùàëèñü è àìïëèòóäà ýòîãî ñèã-
íàëà ñòàáèëèçèðîâàëàñü. Â ïðîöåññå èçìåðåíèé ñëå-
äÿùèå ñèñòåìû ïîääåðæèâàëè ðàâåíñòâî àìïëèòóä è
ïðîòèâîôàçíîñòü èçìåðèòåëüíîãî ñèãíàëà è ñèãíàëà
ñðàâíåíèÿ.
Îáðàçöû, âûðåçàííûå ýëåêòðîèñêðîâûì ñïîñî-
áîì èç ìîíîêðèñòàëëà Ga 000, èìåëè ôîðìó öèëèíä-
ðîâ äèàìåòðîì 11 ìì, îñè êîòîðûõ ñ òî÷íîñòüþ
� 0,5� ñîâïàäàëè ñ ãëàâíûìè îñÿìè ãàëëèÿ a , b è c
(ñîîòâåòñòâåííî [100], [010] è [001]). Ðàáî÷èå ïî-
âåðõíîñòè îáðàçöîâ ïðèòèðàëè ìåëêèìè àáðàçèâàìè
ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì ñíèæåíèåì ðàçìåðà çåðåí äî
5 ìêì. Õèìè÷åñêîå òðàâëåíèå èëè ýëåêòðîïîëèðîâ-
êó äëÿ ñíÿòèÿ ïðèïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ êðèñòàë-
ëè÷åñêîé ñòðóêòóðû íå ïðîèçâîäèëè ñïåöèàëüíî,
÷òîáû îáåñïå÷èòü äèôôóçíîå ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ
êàê íà ïåðåäàþùåé, òàê è íà ïðèåìíîé ãðàíÿõ îá-
ðàçöà, è íå ó÷èòûâàëè, òàêèì îáðàçîì, âîçìîæíîñòü
ìíîãîêðàòíûõ îòðàæåíèé ñèãíàëîâ ýëåêòðîííîãî
çâóêà äàæå â ñàìûõ òîíêèõ îáðàçöàõ. Òîëùèíà îá-
ðàçöîâ èçìåíÿëàñü îò 0,5 äî 5,5 ìì, îòêëîíåíèå îò
ïëîñêîïàðàëëåëüíîñòè ðàáî÷èõ ïîâåðõíîñòåé íå
ïðåâûøàëî 1–2 ìêì. Âðåìÿ ðåëàêñàöèè ýëåêòðîíîâ
â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 4,2–1,7 Ê èçìåíÿëîñü â
4–4,5 ðàçà, ïðè ýòîì äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà l äëÿ
ýëåêòðîíîâ îòäåëüíûõ çîí äîñòèãàëà 0,9 ñì, à çíà÷å-
íèå ïàðàìåòðà �� � 3 (íà ÷àñòîòå 50 ÌÃö ïðè
T � 1,7 Ê). Âåëè÷èíó �� èçìåðÿëè ïî èçìåíåíèþ
ñêîðîñòè çâóêà â êëàññè÷åñêè ñèëüíûõ ìàãíòíûõ ïî-
ëÿõ [9].
Ìåòîäèêà èçìåðåíèé çàêëþ÷àëàñü â îïðåäåëåíèè
ïðè ïîñòîÿííûõ òåìïåðàòóðå è ãåîìåòðèè îïûòà
ðÿäà çíà÷åíèé àìïëèòóäû è ôàçû ïðîøåäøåãî ýëåê-
òðîìàãíèòíîãî ñèãíàëà íà îáðàçöàõ ðàçëè÷íîé äëè-
íû è ïîñòðîåíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çàâèñèìîñòåé
E L( ) è �( )L (çäåñü E, � è L — àìïëèòóäà, ôàçà è
äëèíà îáðàçöîâ). Ïðè ýòîì çàòóõàíèå � è ôàçîâàÿ
ñêîðîñòüV ñèãíàëà, ïðîøåäøåãî îáðàçåö, îïðåäåëÿ-
ëèñü ïî èçìåíåíèþ àìïëèòóäû è ôàçû íà åäèíèöó
äëèíû:
� �
�
�
�
�
�
�
1
E
dE L
dL
( )
, (3)
v
d L
dL
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�( )
1
. (4)
Ôîðìóëû (3), (4) íå ó÷èòûâàþò äèôðàêöèîííûõ
ïîòåðü [10], ìàëûõ â ñëó÷àå ýôôåêòîâ, îáóñëîâëåí-
íûõ ýëåêòðîíàìè óïëîùåíèÿ ÏÔ.
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îáíàðóæåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïó÷êîâûõ âîëí
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12 1509
1
2
3
4
5
6
7
1
Ðèñ. 2. Äåðæàòåëü îáðàçöà. Ñîãëàñóþùèå êîíäåíñàòîðû
(1); èçëó÷àþùàÿ êàòóøêà (2); ìåäíûå îòîææåííûå øàé-
áû (3); îáðàçåö (4); ïðèæèìíûå âèíòû (5); ïðóæèíÿ-
ùàÿ øàéáà (6); ïðèåìíàÿ êàòóøêà (7).
2. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà è èõ îáñóæäåíèå
Ñèãíàëû, ñâÿçàííûå ñ ïðîõîæäåíèåì ýëåêòðî-
ìàãíèòíûõ êîëåáàíèé ÷åðåç îáðàçåö, ñóùåñòâîâàëè
ëèøü íèæå 8–10 Ê. Ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ ïðè-
åìíàÿ ñèñòåìà ðåãèñòðèðîâàëà äâå ðàçíîâèäíîñòè
ñèãíàëîâ. Àìïëèòóäà ïåðâûõ çíà÷èòåëüíî óâåëè÷è-
âàëàñü ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû ïðèìåðíî ïî çà-
êîíó ðåëàêñàöèîííîé ýêñïîíåíòû exp ( ( ))
L/l T , à
âðåìÿ çàäåðæêè îòíîñèòåëüíî çîíäèðóþùåãî èì-
ïóëüñà áûëî âåñüìà íåçíà÷èòåëüíûì (� 10 íñ). Ýòè
ñèãíàëû, î÷åâèäíî, ñâÿçàíû ñ êâàçèâîëíîâûì èëè
âîëíîâûì ïåðåíîñîì ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû ñ
ôåðìèåâñêèìè ñêîðîñòÿìè. Ïðè òîëùèíå îáðàçöîâ
� 1 ìì èõ àìïëèòóäà äîñòèãàëà 100–200 ìêÂ, ïðè
ýòîì ôîðìà îãèáàþùèõ íàáëþäàâøèõñÿ èìïóëüñ-
íûõ ñèãíàëîâ ñîâïàäàëà ñ ôîðìîé îãèáàþùåé çîí-
äèðóþùåãî ñèãíàëà.
Äðóãàÿ ðàçíîâèäíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèã-
íàëîâ ïðîÿâëÿëàñü â âèäå ñëàáî çàòóõàþùèõ ýõî-
èìïóëüñîâ, ïåðâûé èç êîòîðûõ çàäåðæèâàëñÿ âî
âðåìåíè íà âåëè÷èíó L/St , ãäå St — ñêîðîñòü ïî-
ïåðå÷íîãî çâóêà ñ ïîëÿðèçàöèåé, ñîâïàäàþùåé ñ
íàïðàâëåíèåì âîçáóæäàþùèõ òîêîâ j íà ïîâåðõíî-
ñòè îáðàçöà. Ýòà ðàçíîâèäíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíûõ
ñèãíàëîâ îáóñëîâëåíà ìåõàíèçìîì ýëåêòðîìàãíèò-
íîé ïðîçðà÷íîñòè çà ñ÷åò äâîéíîé òðàíñôîðìàöèè
«ýëåêòðîìàãíèòíàÿ âîëíà—ïîïåðå÷íûé çâóê—ýëåê-
òðîìàãíèòíàÿ âîëíà». Àìïëèòóäà ýòèõ ñèãíàëîâ íå-
çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàëà ñ óâåëè÷åíèåì äëèíû ñâî-
áîäíîãî ïðîáåãà. Èññëåäîâàíèþ ýòîãî ìåõàíèçìà
ýëåêòðîìàãíèòíîé ïðîçðà÷íîñòè ãàëëèÿ áóäåò ïî-
ñâÿùåíà îòäåëüíàÿ ðàáîòà.
Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè àìïëèòóäû è
ôàçû èçó÷àåìûõ ñèãíàëîâ îò äëèíû îáðàçöà äëÿ
òðåõ ãåîìåòðèé îïûòà, îòëè÷àþùèõñÿ íàïðàâëåíèåì
ðàñïðîñòðàíåíèÿ è îðèåíòàöèåé òîêîâ j íà ïîâåðõ-
íîñòè, ïîëó÷åííûå ïðè � �/2 50� ÌÃö è T � 1,7 Ê.
Êàê âèäíî, ïðèâåäåííûå íà ýòèõ ðèñóíêàõ çàâè-
ñèìîñòè îòíîñèòåëüíîé àìïëèòóäû E L( ) è �( )L
áëèçêè ê ëèíåéíûì, ÷òî ïîçâîëèëî ïðåäñòàâèòü ðå-
çóëüòàòû èçìåðåíèé â âèäå
E L
E
K L
( )
( )
0
�
ex exp � , (5)
� �
�
( )L
L
L�
�
�0 , (6)
ãäå Kex ( , , , )� � n k — ìîäóëü êîýôôèöèåíòà âîçáóæ-
äåíèÿ, Å0 — ïîëå íà âîçáóæäàåìîé ïîâåðõíîñòè
îáðàçöà, �0 — íà÷àëüíàÿ ôàçà âîçáóæäàåìîãî ñèã-
íàëà, n j� � j, k — âîëíîâîé âåêòîð.
 ãåîìåòðèÿõ îïûòà k a j c| | , | | è k c j a| | , | | çàâèñèìî-
ñòè E L( ) è �( )L , ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 4, 5, íå ÿâëÿ-
þòñÿ ëèíåéíûìè, íî, ïî-âèäèìîìó, ïðåäñòàâëÿþò
ñîáîé ñóììó äâóõ ñèãíàëîâ ñ ëèíåéíûì èçìåíåíèåì
E L( ) è �( )L . Ðåçóëüòàòû àïïðîêñèìàöèè ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ äàííûõ çàâèñèìîñòüþ
E
E
K i
d
dL
L
aprox
ex
0
1 1
1�
�
�
�
�
�
�
exp �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
K i
d
dL
L i2 2
2
0ex exp �
�
�
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 4, 5 ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè.
Ïðîöåññ àïïðîêñèìàöèè çíà÷èòåëüíî óïðîùàëñÿ çà
ñ÷åò òîãî, ÷òî ïðè ìàëûõ òîëùèíàõ îáðàçöîâ äîìè-
íèðîâàëè ñèëüíûå ñèãíàëû ñî çíà÷èòåëüíûì çàòó-
õàíèåì, à ïðè áîëüøèõ — ñëàáûå ñèãíàëû ñî ñëà-
áûì çàòóõàíèåì. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ïîçâîëÿëî
âûáðàòü ïðàâèëüíûå ñòàðòîâûå çíà÷åíèÿ àìïëèòó-
äû, ñêîðîñòè è çàòóõàíèÿ êàæäîãî èç ñèãíàëîâ è
ìèíèìèçèðîâàòü ïîãðåøíîñòü èõ îïðåäåëåíèÿ äî
10–15% ïóòåì èñïîëüçîâàíèÿ ñòàíäàðòíîé ÌÍÊ
ïðîöåäóðû.
1510 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12
Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä. Ôèëü
0 1 2 3 4 5
–90
–100
–110
–120
–130
–140
–150
–160
–170
E�
k b j c|| , ||
k b j a|| , ||
k a j b|| , ||
L, ìì
E
/E
,ä
Á
0
à
k b j c|| , ||
k b j a|| , ||
k a j b|| , ||
1 2 3 4 5 60
L, ìì
1
2
3
,ð
à
ä
á
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòè àìïëèòóäû ïðè � �/2 50� ÌÃö è
T � 1,7 Ê (à) è ôàçû (á) íàáëþäàåìûõ ýëåêòðîìàãíèò-
íûõ ñèãíàëîâ îò äëèíû îáðàçöîâ.
Íàêëîíû çàâèñèìîñòåé �( )L , ïîëó÷åííûå íà ÷àñ-
òîòå 25 ÌÃö, áûëè ïðèìåðíî â äâà ðàçà ìåíüøå ñî-
îòâåòñòâóþùèõ çíà÷åíèé, ïîëó÷åííûõ íà ÷àñòîòå
50 ÌÃö. Ýòîò ðåçóëüòàò ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî
íàìè íàáëþäàëèñü ñèãíàëû ýëåêòðîííîãî çâóêà
ñ ëèíåéíûì ñïåêòðîì, èìåþùèì â �-ïðèáëèæåíèè
âèä (2).
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ, ïîëó÷åííûõ â óñëî-
âèÿõ ìàêñèìàëüíîé âðåìåííîé äèñïåðñèè �� � 3 5,
(� �/2 50� ÌÃö , Ò � 1,7 Ê), ñâåäåíû â òàáë. 1.
Êðîìå çàòóõàíèÿ è ñêîðîñòè ýëåêòðîìàãíèòíûõ
ñèãíàëîâ, â òàáëèöå ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ î
ñïåêòðå ñêîðîñòåé ýëåêòðîíîâ ãàëëèÿ ïðîâåäåíû
ïðèâÿçêè ýòèõ ñèãíàëîâ ê ÏÔ, à òàêæå äàíû çíà÷å-
íèÿ êîýôôèöèåíòîâ âîçáóæäåíèÿ è íà÷àëüíûõ ôàç
âîçáóæäàåìûõ ñèãíàëîâ.
Äàííûå, ïðèâåäåííûå â òàáëèöå, ïîëó÷åíû ñëå-
äóþùèì îáðàçîì. Çàòóõàíèå � è ñêîðîñòü v0 ýëåê-
òðîìàãíèòíûõ ñèãíàëîâ îïðåäåëÿëèñü íåïîñðåäñò-
âåííî èç çàâèñèìîñòåé E L( ) è �( )L ïî ôîðìóëàì
(3) è (4) ñîîòâåòñòâåííî. Ìîäóëü êîýôôèöèåíòà
âîçáóæäåíèÿ èçìåðÿëè ïóòåì ïîäà÷è íà âõîä ïðèåì-
íèêà êàëèáðîâî÷íîãî ñèãíàëà ñ âûõîäà ãåíåðàòîðà
ðàáî÷èõ èìïóëüñîâ ïî öåïÿì êîìïåíñàöèè ïàðàçèò-
íîãî çîíäèðóþùåãî ñèãíàëà (ðèñ. 1) è ñðàâíåíèÿ
åãî àìïëèòóäû ñ àìïëèòóäàìè íàáëþäàâøèõñÿ ñèã-
íàëîâ. Íà÷àëüíóþ ôàçó âîçáóæäàåìîãî ñèãíàëà îï-
ðåäåëÿëè ïî çíà÷åíèþ ôàçû â òî÷êàõ ïåðåñå÷åíèÿ
ïðÿìûõ �( )L ñ îñüþ îðäèíàò. Ïðè ýòîì çà íóëü
ôàçû ïðèíèìàëè ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå, ïîëó÷åí-
íîå äëÿ ñëàáîçàòóõàþùèõ ñèãíàëîâ â ãåîìåòðèÿõ
îïûòà k c| | , j a| | è k a| | , j c| | . Ïðèâÿçêó ñèãíàëîâ ýëåê-
òðîííîãî çâóêà ê îïðåäåëåííûì çîíàì ýëåêòðîííîãî
ñïåêòðà ïðîâîäèëè ïóòåì ñðàâíåíèÿ èçìåðåííûõ
ñêîðîñòåé v0 ñ ôåðìèåâêèìè ñêîðîñòÿìè ãàëëèÿ vF ,
ïîëó÷åííûìè ìåòîäîì ýôôåêòà îòêëîíåíèÿ [10].
Ïîñêîëüêó â [10] ñïåêòð ñêîðîñòåé ïðèâåäåí áåç
ïðèâÿçêè ê ÏÔ, ÷àñòè÷íóþ ïðèâÿçêó óäàëîñü îñó-
ùåñòâèòü íà îñíîâå ñëåäóþùèõ ñîîáðàæåíèé. Ïåð-
âîå — ñóùåñòâóåò êîððåëÿöèÿ ìåæäó ðåçóëüòàòàìè
èçìåðåíèé ñêîðîñòåé ýëåêòðîíîâ ìåòîäîì ýôôåêòà
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îáíàðóæåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïó÷êîâûõ âîëí
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12 1511
–90
–100
–110
–120
–130
–140
–150
–160
–170
E
/E
,ä
Á
0
0 1 2 3 4 5 6
L, ìì
0
1
2
3
4
5
,ð
à
äE(L)
(L)
E�
k a j c|| , ||
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòè àìïëèòóäû è ôàçû ýëåêòðîìàãíèò-
íîãî ñèãíàëà îò äëèíû îáðàçöà â ãåîìåòðèè îïûòà k a| | ,
j c| | . Ïóíêòèð — ðåçóëüòàò àïïðîêñèìàöèè ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ êðèâûõ E L( ) è �( )L . Eapprox � � �063 1139, exp ( , )
� � � � � � �{exp [( , , ) , ] , exp ( , , )224 0678 05 0022 0606 0 459i L i L}.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5
–90
–100
–110
–120
–130
–140
–150
–160
–170
E(L)
(L)
E�
k c j a|| , ||
L, ìì
E
/E
,ä
Á
0 ,ð
à
ä
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè àìïëèòóäû è ôàçû ýëåêòðîìàãíèò-
íîãî ñèãíàëà îò äëèíû îáðàçöà â ãåîìåòðèè îïûòà k c| | ,
j a| | . Ïóíêòèð — ðåçóëüòàò àïïðîêñèìàöèè ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ êðèâûõ E L( ) è �( )L . Eapprox � � �0708 1128, exp ( , )
� � � � � � �{exp [( , , ) , ] , exp ( , , ) }27 0557 05 005 049 0693i L i L .
Òàáëèöà 1. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ, ïîëó÷åííûõ â óñëîâèÿõ ìàêñèìàëüíîé âðåìåííîé äèñïåðñèè �� � 35,
(� �/2 50� ÌÃö , Ò � 1,7 Ê)
Íàïðàâëåíèå k Íàïðàâëåíèå j Kex, äÁ �0 , ðàä �, äÁ/ñì v0·10–7, ñì/c Çîíà vF ·10–7, ñì/c
a
b –90 0,5 200 3,9 7e U( ) 3,8
c –94 0,5 162 4,6 7e U( ) 4,6
c –123 0 29,5 6,5 6h «ìîíñòð» 6,8
b
a –100 0,1 54 8,7 7e L( ) 8,0
c –98 0,1 62 8,2 7e L( ) 8,0
c
a –93 0,5 160 5,4 6h(T) 5,6
a –118 0 36 4,9 7e L( ) 4,5
b �–140 — — — — —
îòêëîíåíèÿ è ýêñòðåìàëüíûõ ôåðìèåâñêèõ èìïóëü-
ñîâ ìåòîäîì ãåîìåòðè÷åñêîãî ðåçîíàíñà, åñëè îáà
ðåçóëüòàòà ïîëó÷åíû ïðè îäèíàêîâûõ íàïðàâëåíè-
ÿõ âîëíîâîãî âåêòîðà è âåêòîðà ïîëÿðèçàöèè çâóêà,
ïîñêîëüêó â îáîèõ ñëó÷àÿõ óïðóãàÿ âîëíà âçàèìî-
äåéñòâóåò ñ ýëåêòðîíàìè èç îêðåñòíîñòè îäíèõ è òåõ
æå îïîðíûõ òî÷åê. Âòîðîå — âåëè÷èíà öèêëîòðîí-
íîé ìàññû íà ýêñòðåìàëüíîì ñå÷åíèè ÏÔ, îïðåäå-
ëåííàÿ ïî èçâåñòíûì çíà÷åíèÿì èìïóëüñà pext ( )! è
ïðåäïîëàãàåìûì äëÿ äàííîé çîíû çíà÷åíèÿì ôåð-
ìèåâñêèõ ñêîðîñòåé v( )! ïî ôîðìóëå
m
p
v
d� �
1
2
0
2
�
!
!
!
�
( )
( )
, (7)
äîëæíà áûòü áëèçêîé ê çíà÷åíèþ, ïîëó÷åííîìó äëÿ
äàííîé çîíû â ýêñïåðèìåíòàõ, äîïóñêàþùèõ ïðÿ-
ìîå îïðåäåëåíèå ìàññû.
Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåí ôðàãìåíò ñïåêòðà ñêîðîñòåé
ýëåêòðîíîâ ãàëëèÿ ñ ðåçóëüòàòàìè «ïðèâÿçêè»,
èìåþùèé îòíîøåíèå ê ðåçóëüòàòàì íàñòîÿùåé ðàáî-
òû. Ðåçóëüòàòû «ïðèâÿçêè» ñèãíàëîâ ýëåêòðîííîãî
çâóêà ê çîíàì, â ïðîöåññå êîòîðîé èñïîëüçîâàëèñü
ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ýêñòðåìàëüíûõ èìïóëüñîâ
ôåðìèåâñêèõ ýëåêòðîíîâ ãàëëèÿ [11,12], îêàçàëèñü
ñëåäóþùèìè.
1. k a| | . Ñèãíàëû ýëåêòðîííîãî çâóêà ñî ñêîðî-
ñòüþ 6 5 107, " ñì·c–1 îïðåäåëÿþòñÿ ýëåêòðîíàìè óï-
ëîùåíèÿ ÏÔ çîíû 6h «ìîíñòð», íàïðàâëåíèå ñêîðî-
ñòè êîòîðûõ îòêëîíÿåòñÿ îò îñè a íà óãîë 15� â
ïëîñêîñòè ( )ac . Èì ñîîòâåòñòâóåò âåòâü ñêîðîñòåé 37
íà ðèñ. 6.  àêóñòè÷åñêîì ýêñïåðèìåíòå ñ ýòèìè
ýëåêòðîíàìè ñâÿçàíà àíîìàëèÿ ïîãëîùåíèÿ è ñêîðî-
ñòè çâóêà ïðè H � 0 [5]. Äâà äðóãèõ ñèãíàëà ýëåê-
òðîííîãî çâóêà ñî ñêîðîñòÿìè 3 9 107, " ñì·c–1 è
4 6 107, " ñì·c–1 ñâÿçàíû ñ ýëåêòðîíàìè ìàëîé çîíû
7e U( ), ó÷àñòîê ÏÔ êîòîðîé èìååò äèñêîîáðàçíóþ
ôîðìó ñ áîëüøèìè óïëîùåíèÿìè íà ïðîòèâîïî-
ëîæíûõ ñòîðîíàõ äèñêà. Èì ñîîòâåòñòâóþò âåòâè
ñêîðîñòåé 35, 36 ñ áëèçêèìè çíà÷åíèÿìè íà îñè a
3 8 107, " ñì·c–1 è 4 6 107, " ñì·c–1. Ïðè ýòîì âåëè÷èíà
öèêëîòðîííîé ìàññû ïðè H b| | , âû÷èñëåííàÿ ìåòî-
äîì ÷èñëåííîãî èíòåãðèðîâàíèÿ, îêàçàëàñü ðàâíîé
0 25 0, m , ÷òî ïî÷òè ñîâïàäàåò ñ ñîîòâåòñòâóþùèì çíà-
÷åíèåì 0 27 0, m äëÿ 7e U( ), ïîëó÷åííûì â [13]. Ñ
ýëåêòðîíàìè îäíîãî èç óïëîùåííûõ ó÷àñòêîâ 7e U( ),
èìåþùèõ ñêîðîñòü 3 8 107, " ñì·c–1, ñâÿçàíî ïîÿâëå-
íèå â ìàãíèòíîì ïîëå ïó÷êîâîé ýëåêòðîìàãíèòíîé
âîëíû, âçàèìîäåéñòâèå êîòîðîé ñ íîñèòåëÿìè çàðÿ-
äà áûëî ïðè÷èíîé àíîìàëüíîé çâóêîâîé ïðîçðà÷íî-
ñòè â óñëîâèÿõ ýôôåêòà îòêëîíåíèÿ [14].
2. k b| | . Îòëè÷àþùèåñÿ íàïðàâëåíèåì ïîëÿðè-
çàöèè ñèãíàëû ýëåêòðîííîãî çâóêà ñ áëèçêèìè ñêî-
ðîñòÿìè 8 7 107, " ñì·c–1 è 8 2 107, " ñì·c–1 ñâÿçàíû ñ
ýëåêòðîíàìè èç îêðåñòíîñòè ëèíèè ïàðàáîëè÷åñêèõ
òî÷åê ÏÔ äëÿ çîíû 7e L( ), ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 6
âåòâüþ 1, ñî çíà÷åíèåì ñêîðîñòè íà îñè b, ðàâíîé
8 0 107, " ñì·c–1. Ýòî çíà÷åíèå îòëè÷àåòñÿ îò ñêîðîñòè
ñèãíàëîâ ýëåêòðîííîãî çâóêà íà âåëè÷èíó � 10%,
÷òî íå ïðåâûøàåò âçàèìíîé ïîãðåøíîñòè èçìå-
ðåíèé. Âû÷èñëåííîå ïî ôîðìóëå (7) çíà÷åíèå öèê-
ëîòðîííîé ìàññû ïðè H a| | 0 58 0, m íàõîäèòñÿ â ðà-
çóìíîì ñîãëàñèè ñ ñîîòâåòñòâóþùèì îöåíî÷íûì
çíà÷åíèåì � 0 5 0, m , ïîëó÷åííûì â ðàáîòå [15].
3. k c| | . Ñèãíàëû ýëåêòðîííîãî çâóêà ñî ñêîðîñòÿ-
ìè 5 6 107, " ñì·ñ–1 è 4 9 107, " cì·ñ–1, íàáëþäàâøèåñÿ
â ãåîìåòðèè îïûòà k c| | , j a| | , ñâÿçàíû, ñîîòâåòñòâåí-
íî, ñ óïëîùåíèåì íà ëèñòå ÏÔ 6h T( ) (ïî äðóãèì
äàííûì 9e T( ) [12]) è ëèíèåé ïàðàáîëè÷åñêèõ òî÷åê
íà ëèñòå ÏÔ 7e L( ). Íà ðèñ. 6 ýòîìó ëèñòó ÏÔ ñîîò-
âåòñòâóþò âåòâè ñêîðîñòåé 2 è 32 ñî çíà÷åíèÿìè ñêî-
ðîñòè âäîëü îñè c 5 6 107, " ñì·ñ–1, ñîâïàäàþùèì ñî
çíà÷åíèåì ñêîðîñòè ýëåêòðîííîãî çâóêà. Ïðè ýòîì
çíà÷åíèå öèêëîòðîííîé ìàññû, âû÷èñëåííîå ïî
ôîðìóëå (7) äëÿ H b| | , îêàçàëîñü ðàâíûì 0 073 0, m .
Ýòà âåëè÷èíà íàõîäèòñÿ â ðàçóìíîì ñîãëàñèè ñ ñîîò-
âåòñòâóþùèìè ýêñïåðèìåíòàëüíûìè çíà÷åíèÿìè
0 063 0, m [13] è 0 069 0, m [15].
Ñèãíàëû ýëåêòðîííîãî çâóêà ñî ñêîðîñòüþ
4 9 107, " ñì·ñ–1 îòîæäåñòâëÿþòñÿ íàìè ñ çîíîé 7e L( ),
âî-ïåðâûõ, íà îñíîâàíèè áëèçîñòè èõ ñêîðîñòè
ê ñêîðîñòè ýëåêòðîíîâ âäîëü îñè c, ðàâíîé
4 5 107, " ñì·ñ–1 è, âî-âòîðûõ, ââèäó îòñóòñòâèÿ äðó-
ãèõ íîñèòåëåé çàðÿäà ñ áëèçêèìè ñêîðîñòÿìè, ïðî-
ÿâëÿâøèõñÿ â ýôôåêòå îòêëîíåíèÿ. Àðãóìåíòû â
ïîëüçó ïðèíàäëåæíîñòè âåòâè 1 çîíå 7e L( ) ïðèâåäå-
íû âûøå.
1512 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12
Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä. Ôèëü
2 4 68 2 4 6 8
2
4
6
8
107
107
2
4
6
8
10
8
10
8
10
6
10
6
[010]
[001]
[100]
[001]
v , ñì·ñHmax
–1
1
2
37
35
32
36
u||[010]
u||[100]
u||[001]
q||[010]
q||[100]q||[001]
Ðèñ. 6. Ôðàãìåíò ñïåêòðà ñêîðîñòåé ãàëëèÿ [9]. Âåòâè
ñêîðîñòåé 35,36 — 7e U( ); 1 — 7e L( ); 2,32 — 6h T( ); 37 —
6h «ìîíñòð». Çâåäî÷êîé íà îñÿõ îáîçíà÷åíû ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå çíà÷åíèÿ v0.
Îáùèì äëÿ âñåõ íàáëþäàâøèõñÿ ýëåêòðîìàãíèò-
íûõ ñèãíàëîâ áûëî ñèëüíîå óâåëè÷åíèå çàòóõàíèÿ â
ñëàáûõ � 10 Ý ìàãíèòíûõ ïîëÿõ, ïåðïåíäèêóëÿðíûõ
âåêòîðó k. Àíàëîãè÷íàÿ çàâèñèìîñòü íàáëþäàëàñü â
ýêñïåðèìåíòàõ ïî èçó÷åíèþ àíîìàëüíîé ýëåêòðî-
ìàãíèòíîé ïðîçðà÷íîñòè W [6] è â íàøèõ ýêñïåðè-
ìåíòàõ ïî èçó÷åíèþ ýëåêòðîííîãî çâóêà â ãàëëèè
[16]. Íà ðèñ. 7 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè àìïëèòóäû è
ôàçû ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèãíàëîâ îò âåëè÷èíû ìàã-
íèòíîãî ïîëÿ ïðè äâóõ çíà÷åíèÿõ óãëà ìåæäó j è H,
ïîëó÷åííûå â ãåîìåòðèè îïûòà k a H a| | , | | . Èç äàííûõ
íà ðèñóíêå ñëåäóåò, ÷òî ìîíîòîííûå çàâèñèìîñòè
E H( ) è �( )H èìåþò ìåñòî òîëüêî â ñëó÷àå j H| | . Ïðè
ýòîì óâåëè÷åíèå ïîëÿ äî 10 Ý ïðèâîäèò ê áîëüøîìó
(äåñÿòêè äÁ) óâåëè÷åíèþ çàòóõàíèÿ ýëåêòðîìàãíèò-
íîãî ñèãíàëà è òàêæå ê çíà÷èòåëüíîìó, ïîñëå ïåðâî-
íà÷àëüíîãî óìåíüøåíèÿ, óâåëè÷åíèþ åãî ôàçû íà
âåëè÷èíó ïîðÿäêà ðàäèàíà. Óâåëè÷åíèå çàòóõàíèÿ è
ôàçû ñèãíàëîâ ñâÿçàíî, ïî-âèäèìîìó, ñ óõîäîì íî-
ñèòåëåé çàðÿäà èç îáëàñòåé àíîìàëèé ÏÔ è óäëèíå-
íèåì èõ òðàåêòîðèé â ìàãíèòíîì ïîëå, à óìåíüøå-
íèå ôàçû íà íà÷àëüíîì ó÷àñòêå çàâèñèìîñòè �( )H
— ñ îñëàáëåíèåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýêðàíèðîâàíèÿ
àíîìàëüíûì ñêèí-ñëîåì.
 ñëó÷àå j H# èìååò ìåñòî äâóõñèãíàëüíàÿ ñèòóà-
öèÿ. Êðîìå ñèãíàëà, îáóñëîâëåííîãî ìåõàíèçìàìè
ïðîíèêíîâåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ñèãíàëà ïðè
H � 0, â ñëàáîì ìàãíèòíîì ïîëå ïîÿâëÿåòñÿ ñèãíàë
ðàäèî÷àñòîòíîãî ðàçìåðíîãî ýôôåêòà [17], â ðå-
çóëüòàòå ÷åãî íà êðèâîé E H( ) âîçíèêàåò ìàêñèìóì
çàòóõàíèÿ èíòåðôåðåíöèîííîé ïðèðîäû, ñîïðîâîæ-
äàþùèéñÿ èçìåíåíèåì ôàçû ðåçóëüòèðóþùåãî ñèã-
íàëà íà âåëè÷èíó ïîðÿäêà �. Äëÿ äðóãèõ ãåîìåòðèé
îïûòà õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé E H( ) è �( )H àíàëî-
ãè÷íûé, çà èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî êîëè÷åñòâî èíòåð-
ôåðåíöèîííûõ ìàêñèìóìîâ, ñâÿçàííûõ ñ ýëåêòðî-
íàìè ðàçëè÷íûõ çîí, óâåëè÷èâàëîñü â èíòåðâàëå
0–10 Ý äî äâóõ-òðåõ.
Ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèãíàëû, íàáëþäàâøèåñÿ â
ýêñïåðèìåíòå, îòëè÷àþòñÿ ïî âåëè÷èíàì Kex , �0 è �
è èìåþò, ïî-âèäèìîìó, ðàçëè÷íóþ ïðèðîäó. Ñðåäè
âîçìîæíûõ ñèãíàëîâ, ñâÿçàííûõ ñ ýëåêòðîìàãíèò-
íîé ïðîçðà÷íîñòüþ, ñîãëàñíî [2,4], ìîãóò áûòü: ìî-
íîòîííî çàòóõàþùàÿ êîìïîíåíòà ïîëÿ E L�( ), ñâÿ-
çàííàÿ ñ ýôôåêòèâíûìè ýëåêòðîíàìè â ñêèí-ñëîå;
ýëåêòðîìàãíèòíûå êâàçèâîëíû è ïó÷êîâûå ýëåêòðî-
ìàãíèòíûå âîëíû.
Ìîíîòîííî óáûâàþùàÿ êîìïîíåíòà ïîëÿ E L�( ) â
ñëó÷àå ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíè-
åì [2]
E L E
L
L
v�
$
�
( ) ( ) exp�
�
�
��
�
�
��0
2
2
0
, (8)
ãäå $ — ãëóáèíà àíîìàëüíîãî ñêèí-ñëîÿ, E( )0 —
ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íà ãðàíèöå ìåòàëëà. Îöåíêè ïî
ôîðìóëå (6), èñïîëüçóÿ ëèòåðàòóðíûå äàííûå î
ãëóáèíå àíîìàëüíîãî ñêèí-ñëîÿ ($ % " �0 5 10 4, ñì íà
÷àñòîòå 50 ÌÃö äëÿ ãàëëèÿ ñ áëèçêèì îòíîøåíèåì
R R42 300, � [18]), ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè L � 0,1 ñì,
v0
75 10% " ñì·c–1 è � % �10 8 c îòíîøåíèå
E /E�( , ) ( )01 0 3 10 7% " � . Ðàñ÷åòíûå çàâèñèìîñòè
E L�( ) ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3 , 4, 5. Êàê âèäíî, âåëè-
÷èíà ýòèõ ïîëåé ìåíüøå àìïëèòóäû ñèãíàëîâ ýëåê-
òðîííîãî çâóêà íà 20–30 äÁ âî âñåì äèàïàçîíå èñ-
ïîëüçîâàâøèõñÿ òîëùèí îáðàçöîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò
ãîâîðèòü îá èõ íåñóùåñòâåííîé ðîëè.
Èäåíòèôèêàöèÿ ñèãíàëîâ êâàçèâîëíîâîé è âîë-
íîâîé ïðèðîäû ñëîæíà, åñëè îíè, êàê ýòî ñëåäóåò
èç äàííûõ òàáë. 1, ñâÿçàíû èìåííî ñ ýëåêòðîíàìè
èç îêðåñòíîñòè àíîìàëèé ÏÔ. Íà íàø âçãëÿä, ñóùå-
ñòâóþò äâà ïðèçíàêà, ïîçâîëÿþùèå ðàçäåëèòü èõ
ïðèðîäó. Âî-ïåðâûõ, ñèãíàëàì ýëåêòðîííîãî çâóêà
âîëíîâîé ïðèðîäû ïðèñóùå áåññòîëêíîâèòåëüíîå
çàòóõàíèå, ëèíåéíî óâåëè÷èâàþùååñÿ ñ ÷àñòîòîé
(çàòóõàíèå Ëàíäàó), â òî âðåìÿ êàê äëÿ êâàçèâîëí
çàòóõàíèå îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ïðîöåññàìè ýëåê-
òðîííîé ðåëàêñàöèè è, â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè, îò
÷àñòîòû íå çàâèñèò. Âî âòîðûõ, ôàçîâàÿ ñêîðîñòü
ñèãíàëîâ ýëåêòðîííîãî çâóêà âîëíîâîé ïðèðîäû,
ïðè ó÷åòå ìåæçîííîé ðåëàêñàöèè ýëåêòðîíîâ, êàê
áûëî ïîêàçàíî [10], ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò ��.
 ïðåäåëå �� �� 1 îíà ñòðåìèòñÿ ê v0 è çàìåòíî ïà-
äàåò ñ óìåíüøåíèåì ��.  ñëó÷àå æå êâàçèâîëí ôàê-
òè÷åñêè èçìåðÿåòñÿ ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü äðåéôà íîñè-
òåëåé çàðÿäà, ôîðìèðóþùèõ êâàçèâîëíó, è ïðè
ïîâûøåíèè �� îíà, íàîáîðîò, äîëæíà óìåíüøàòüñÿ
çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ âêëàäà íîñèòåëåé ñ ìåíüøèìè
ñêîðîñòÿìè.
Íà ðèñ. 8 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè çàòóõàíèÿ íå-
êîòîðûõ íàáëþäàâøèõñÿ ñèãíàëîâ îò ÷àñòîòû. Âèä-
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îáíàðóæåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïó÷êîâûõ âîëí
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12 1513
0 2 4 6 8 10
0
1
2
3
0
–5
–10
–15
–20
–25
–30
(H)H a|| k b||
H , Ý
E(H)L = 4,8 ìì
E
,
ä
Á
, ð
à
ä
j c||
j a||
Ðèñ. 7. Çàâèñèìîñòè àìïëèòóäû è ôàçû ýëåêòðîìàãíèò-
íîãî ñèãíàëà îò ñëàáîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ äëÿ äâóõ íà-
ïðàâëåíèé âåêòîðà H (H j| | è H j� ).
íî, ÷òî â ãåîìåòðèÿõ îïûòà k a| | , j| | b è k c| | , j a| | ñèãíà-
ëû èìåþò âîëíîâóþ ïðèðîäó ïî ïðèçíàêó íàëè÷èÿ
çàòóõàíèÿ Ëàíäàó. Âîëíîâàÿ ïðèðîäà èìååò ìåñòî
òàêæå äëÿ ñèëüíîçàòóõàþùåãî ñèãíàëà ñ v0 �
� "4 6 107, ñì·c–1 â ãåîìåòðèè îïûòà k a| | , j| | ñ, à êâà-
çèâîëíîâàÿ — äëÿ îòíîñèòåëüíî ñëàáîçàòóõàþùèõ
ñèãíàëîâ ñ v0
76 5 10� ", ñì·c–1 â ãåîìåòðèè îïûòà
k a| | , j| | ñ è v0
74 9 10� ", ñì·c–1 â ãåîìåòðèè îïûòà
k c| | , j a| | .
 ñëó÷àå æå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà âäîëü îñè
b ðåçóëüòàò çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ âîçáóæäàþùåãî
òîêà j. Ïðè j| | ñ çàòóõàíèå Ëàíäàó îòñóòñòâóåò è âîç-
áóæäàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ÷èñòàÿ êâàçèâîëíà, îäíàêî
ïðè j a| | èìååò ìåñòî ñëàáî âûðàæåííîå çàòóõàíèå
Ëàíäàó è, ñëåäîâàòåëüíî, âìåñòå ñ êâàçèâîëíîé ñó-
ùåñòâóåò è ñèãíàë âîëíîâîé ïðèðîäû. Îí ñâÿçàí,
êàê ñëåäóåò èç äàííûõ òàáë. 1, íå ñ óïëîùåíèÿìè
ÏÔ, à ñ ëèíèåé ïàðàáîëè÷åñêèõ òî÷åê, íîðìàëü ê
öåíòðó êîòîðîé íàïðàâëåíà âäîëü îñè b. Èç äàííûõ
íà ðèñ. 6 (âåòâü 1) ñëåäóåò, ÷òî äëÿ ýëåêòðîíîâ èç
îêðåñòíîñòè ëèíèè ïàðàáîëè÷åñêèõ òî÷åê êîìïîíåí-
òà ñêîðîñòè âäîëü îñè b â øèðîêîì óãëîâîì èíòåðâà-
ëå (& �15 ) ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííà, â òî âðåìÿ êàê äâå
äðóãèå êîìïîíåíòû èëè òîæäåñòâåííî ðàâíû íóëþ
(âäîëü ëèíèè) èëè ìàëû, òàê ÷òî ôàêòè÷åñêè â äàí-
íîì ñëó÷àå èìååò ìåñòî ñëàáî ðàñõîäÿùèéñÿ ïó÷îê
ýëåêòðîíîâ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñïåêòð ýëåêòðîìàãíèò-
íîé âîëíû äîëæåí áûòü íå êîðíåâîãî òèïà, êàê â
ðàáîòå [3], à áëèçêèì ê ëèíåéíîìó. Íàëè÷èå èëè îò-
ñóòñòâèå âêëàäà ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû â ðåçóëü-
òèðóþùèé ñèãíàë è îïðåäåëÿåò ðàçëè÷èå èçìåðÿå-
ìûõ ñêîðîñòåé v0 â ñëó÷àå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà
âäîëü îñè b (ñì. òàáë. 1).
Ïðèðîäà íàáëþäàâøèõñÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèã-
íàëîâ ïîäòâåðæäàåòñÿ òàêæå ðåçóëüòàòàìè èçìåðå-
íèé çàâèñèìîñòè èõ ñêîðîñòè îò ïàðàìåòðà ��. Ïîâå-
äåíèå v0( )�� äëÿ ðÿäà ãåîìåòðèé îïûòà ïðèâåäåíî
íà ðèñ. 9. Êàê âèäíî, õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé ïðèí-
öèïèàëüíî îòëè÷àåòñÿ ó êâàçèâîëíîâîãî (k b| | , j c| | )
è âîëíîâîãî (k c| | , j a| | ) ñèãíàëîâ. Ïðè ïîíèæåíèè ��
ôàçîâàÿ ñêîðîñòü âîëíîâîãî ñèãíàëà óìåíüøàåòñÿ, â
òî âðåìÿ êàê äëÿ êâàçèâîëíîâîãî, íàîáîðîò, âîçðàñ-
òàåò, õîòÿ â ïðåäåëå �� �� 1 îáå ñòðåìÿòñÿ ê íàñûùå-
íèþ.  ñëó÷àå, êîãäà êâàçèâîëíîâàÿ è âîëíîâàÿ
êîìïîíåíòû ýëåêòðîìàãíèòíîãî ñèãíàëà ñðàâíèìû
ïî âåëè÷èíå (k b| | , j a| | ), çàâèñèìîñòü v0( )�� èìååò
ïðîìåæóòî÷íûé õàðàêòåð.
Ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ ñèãíàëû âîëíîâîé è
êâàçèâîëíîâîé ïðèðîäû è ïî âåëè÷èíå íà÷àëüíîé
ôàçû êîýôôèöèåíòà âîçáóæäåíèÿ. Îáû÷íî äëÿ ñèã-
íàëîâ ýëåêòðîííîãî çâóêà âûðàæåíèÿ äëÿ �0 èìåþò
âèä [10]
�0 1� �arctg ( )�� .
 íàøåì ñëó÷àå (ñì. òàáë. 1) íà÷àëüíàÿ ôàçà êî-
ýôôèöèåíòà âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû
áîëüøå íà÷àëüíîé ôàçû êîýôôèöèåíòà âîçáóæäå-
íèÿ êâàçèâîëíû íà âåëè÷èíó �0,5 ðàä, ÷òî áëèçêî ê
ðàñ÷åòíîìó çíà÷åíèþ arctg ( , ) ,1 2 5 0 38� � ðàä. Ìà-
ëàÿ íà÷àëüíàÿ ôàçà ñèãíàëîâ, ñâÿçàííûõ ñ ýëåêòðî-
íàìè èç îêðåñòíîñòè ëèíèè ïàðàáîëè÷åñêèõ òî÷åê
ÏÔ (k b| | , �0 01� , ðàä), ñâÿçàíà, ïî-âèäèìîìó, ñ íà-
ëè÷èåì âîëíîâîé êîìïîíåíòû â ðåçóëüòèðóþùåì
ñèãíàëå ýëåêòðîííîãî çâóêà.
Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû íàøèõ ýêñïåðèìåí-
òîâ ïîäòâåðäèëè ïðåäñêàçàíèå òåîðèè [4] î âîçìîæ-
íîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ äëèííîâîëíîâûõ ïó÷êîâûõ
ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí, îáóñëîâëåííûõ íîñèòåëÿ-
ìè çàðÿäà èç îáëàñòè óïëîùåíèé ÏÔ. Â ãàëëèè ýòîò
òèï âîëí ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî ñèëüíî çàòóõàþùèì.
Îöåíêè ïîêàçûâàþò, ÷òî â ïðåäåëå �� �� 1 îòíîøå-
1514 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12
Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä. Ôèëü
0 25 50
–40
–80
–120
–160
–200
�
, ä
Á
/ñ
ì
� �/2 , ÌÃö
k b j c|| , ||
k b j a|| , ||
k a j b|| , ||
k ñ j a|| , ||
Ðèñ. 8. Çàâèñèìîñòü çàòóõàíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèãíà-
ëîâ îò ÷àñòîòû äëÿ ðàçíûõ ãåîìåòðèé.
0,5 1,0 1,5 2,0 2,50
1
2
3
4
5
6
7
8
9
�t
V
·1
0
, ñ
ì
/ñ
7
k b j c|| , ||
k b j a|| , ||
k ñ j a|| , ||
� �/2 , ÌÃö
Ðèñ. 9. Çàâèñèìîñòè ôàçîâîé ñêîðîñòè ýëåêòðîìàãíèò-
íûõ ñèãíàëîâ îò ïàðàìåòðà ��. Âåðõíÿÿ êðèâàÿ — êâà-
çèâîëíà, íèæíÿÿ — äëèííîâîëíîâàÿ ïó÷êîâàÿ ìîäà.
íèå Re Imk/ k ñîñòàâëÿåò âåëè÷èíó îò 0,5 äî 1,5,
÷òî ñâÿçàíî, ïðåæäå âñåãî, ñ ñèëüíûì áåññòîëêíîâè-
òåëüíûì çàòóõàíèåì ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû.
Çàêëþ÷åíèå
1. Ýêñïåðèìåíòàëüíî îáíàðóæåíû äëèííîâîëíî-
âûå ýëåêòðîìàãíèòíûå ïó÷êîâûå âîëíû, îáóñëîâ-
ëåííûå ýëåêòðîíàìè óïëîùåííûõ ó÷àñòêîâ ïîâåðõ-
íîñòè Ôåðìè. Îòëè÷èòåëüíûìè èõ îñîáåííîñòÿìè
ÿâëÿþòñÿ íàëè÷èå çàòóõàíèÿ Ëàíäàó è çíà÷èòåëüíîå
óìåíüøåíèå ôàçîâîé ñêîðîñòè ïðè �� � 1.
2. Îáíàðóæåíî, ÷òî áëèçêèìè ïî ñâîèì ñâîéñò-
âàì ê ïó÷êîâûì âîëíàì ìîãóò áûòü è ýëåêòðîìàã-
íèòíûå âîëíû, ñâÿçàííûå ñ ëèíèÿìè ïàðàáîëè÷å-
ñêèõ òî÷åê.
3. Èçìåðåíû êîýôôèöèåíòû âîçáóæäåíèÿ è íà-
÷àëüíûå ôàçû ñèãíàëîâ ýëåêòðîííîãî çâóêà. Óñòà-
íîâëåíî, ÷òî ïó÷êîâûå âîëíû èìåþò íà ïîðÿäîê
áîëüøèé êîýôôèöèåíò âîçáóæäåíèÿ è íà âåëè÷èíó
ïîðÿäêà arctg ( )1 � �� áîëüøóþ íà÷àëüíóþ ôàçó êî-
ýôôèöèåíòà âîçáóæäåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ êâàçèâîë-
íîâûìè âîçáóæäåíèÿìè.
1. E.A. Kaner and V.G. Skobov, Adv. Phys. 17, 605
(1968).
2. C.E.H. Reuter and E.H. Sondheimer, Proc. Roy. Soc.
195, 336 (1948).
3. Ã.Ò. Àâàíåñÿí, Ì.È. Êàãàíîâ, Ò.Þ. Ëèñîâñêàÿ,
ÆÝÒÔ 75, 1786 (1978).
4. Å.Â. Áåçóãëûé, ÔÍÒ 9, 543 (1983).
5. Å.Â. Áåçóãëûé, À.Ì. Ñòåïàíåíêî, Â.Ä. Ôèëü, ÔÍÒ
13, 246 (1987); ÔÍÒ 13, 713 (1987).
6. À.Â. Ãîëèê, À.Ï. Êîðîëþê, Â.È. Õèæíûé, Ïèñüìà
â ÆÝÒÔ 38, 100 (1983).
7. W.R. Reed, Phys. Rev. 189, 1184 (1969).
8. Í.Ã. Áóðìà, Å.À. Ìàñàëèòèí, À.Å. Êàáàíîâ, Àâò.
ñâèä. ÑÑÑÐ, ¹1213410, G01N29/00 (1985).
9. Ï.À. Áåçóãëûé, Í.Ã. Áóðìà, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 10,
523 (1969).
10. Å.Â. Áåçóãëûé, Í.Ã. Áóðìà, Å.Þ. Äåéíåêà, Â.Ä.
Ôèëü, ÔÍÒ 19, 667 (1993).
11. Ï.À. Áåçóãëûé, Í.Ã. Áóðìà, Ôèçèêà êîíäåíñèðîâàí-
íîãî ñîñòîÿíèÿ, âûï. XXX (1974), ñ. 93.
12. À.Ì. Ñòåïàíåíêî, Â.Ä. Ôèëü, ÔÍÒ 14, 1265 (1988).
13. N.K. Batra and R.L. Thomas, Phys. Rev. B8, 5457
(1973).
14. Í.Ã. Áóðìà, À.È. Ïåòðèøèí, Í.À. Ðÿáóõà, Â.Ä.
Ôèëü, ÔÍÒ 30, 206 (2004).
15. J.F. Condon, Ïðèëîæåíèå ê [7].
16. Å.Â. Áåçóãëûé, À.Â. Áîé÷óê, Í.Ã. Áóðìà, Â.Ä.
Ôèëü, ÔÍÒ 21, 633 (1995).
17. Ý.À. Êàíåð, Â.Ô. Ãàíòìàõåð, ÓÔÍ 94, 193 (1968).
18. D.E. Gabel, J.F. Cochran, Canad. J. Phys. 50, 863
(1972).
Åõperimental descovering beam electromagnetic
waves
N.G. Burma, A.I. Petrishin, N.À. Ryabukha,
and V.D. Fil
Electromagnetic transparency of high purity
monocrystal gallium samples has been investi-
gated. Velocity, damping, modules and starting
phases of excitation coefficients, dependence of
attenuation on frequency and phase speed de-
pendence on time relaxation were measured.
The beam waves differ from the ballistic (quasi-
wave) transference of electromagnetic field by
the presence of Landau damping and significant
decreasing of phase speed with time relaxation.
Keywords: electromagnetic transparency of me-
tal, plane part of the Fermi surface, Landau
damping, beam waves.
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îáíàðóæåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïó÷êîâûõ âîëí
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 12 1515
|