Введение к работе
Актуальность темы. Экспериментальное и теоретическое изучение высокочастотных явлений в нормальных металлах производится уже в течение десятилетий. Начало этому было положено построением теории аномального скин-эффекта [ і]. Несколько позже были предсказаны, а затем и экспериментально обнаружены циклотронный резонанс в параллельном к поверхности металлического образца магнитном поле 1.2], радиочастотные размерные эффекты [3,4], различные типы электромагнитных волн в металлах [5]. В дальнейших исследованиях значительное внимание уделялось изучению возможных проявлений в высокочастотных явлениях меяэлектронного взаимодействия в системе электронов проводимости металла. Интенсивно разрабатывалась ферми-жидкос-тная теория волн в металлах [ б], интерес к которой был связан с открывшейся возможностью определения из эксперимента параметров, характеризующей межэлектронное ззаимодейстэие.
Особым классом высокочастотных явлений в металлах, которые активно изучались в течение длительного времени, можно считать явления, возникающие при распространении в металлах при низких температурах (Т ==10 К) ультразвуковых волн. Интерес к этой проблематике увеличился после обнаружения гигантских квантозых осцилляции ультразвукового поглощения в сильных магнитных полях, за которым последовало большое число работ, посвященных исследованию различных аспектов теории кзантозых магнитоакустических осцилляции.
Поверхности Ферми металлов имеют сложную форму, что оказывает существенное влияние на их наблюдаемые свойства. К середине семидесятых годов были детально исследованы особенности высокочастотных явлений, определяющиеся оснозньши топологическими характеристиками поверхностей Ферми металлов. В то же время было начато изучение влияния локальных геометрических сзоЯстз поверхностей Ферми на высокочастотные явления в металлах. Было предсказано влияние локальных уплощений и квазицилиндрических участков на поверхностях Ферми на частотную и угловую зависимость дисперсии и поглощения ультразвука [7,8], электропроводность и импеданс металла при аномальном скин-эффекте [э], которое объясняется увеличением числа эффективных электронов при совмещении уплощенного или цилиндрического участка поверхности Ферми с эффективным пояском, а также с возникающей при этом возможностью изменения топологической структуры
а о
а. о
Целью диссертации является разработка ферми-жидкостной теории шсокочастотных свойств металлов со сложными поверхностями Ферми ; учетом локальных особенностей их формы и исследование ряда эффектов, обусловленных локальными особенностями геометрии поверх-юсти Ферми.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
-изучено влияние особенностей кривизны на эффективных сечени-IX поверхности Ферми на импеданс металла при аномальном скин-эффек-се и показано, что обращение в нуль или в бесконечность гауссовой сривизны поверхности Ферми на участках или даже в отдельных точках )ффективных поясков приводит к заметному изменению величины и частотной зависимости импеданса;
-разработана теория циклотронного резонанса в металлах в маг-іигном поле, направленном по нормали к поверхности образца при зеркальном отражении электронов от границы металла, которая позво-шет з единой схеме описать все виды резонансных зависимостей им-іеданса, наблюдавшиеся в эксперименте, и получить согласующиеся с экспериментальными данными оценки для амплитуд резонансных особен-тстей импеданса в калии и кадмии;
-найдены общие условия возникновения в металлах ферми-жидкост-шх циклотронно-доплеронных золн, установлен вид дисперсионной зависимости циклотронных доплеронов при аксиальной симметрии по-іерхности Ферми и исследованы возможности их наблюдения з зкспзрл-іентах по прохождению электромагнитных волн через металлическую іленку;
'-показано, что не наблюдавшиеся ранее спиральные электромаг-іитньїе волны в компенсированных металлах могут распространяться і вольфраме и молибдене з магнитном поле, направленном здоль оси !имметрии высокого порядка, определены и исследованы полевые зави-іимости реальной и мнимой частей волнового вектора спиральной волій з области ее взаимодействия с поперечным ультразвуком;
-исследовано влияние аномалий кривизны поверхности Ферми на іизкотемпературньїе квантовые осцилляции модулей упругости и ско-юсти звука з металлах и показано, что наличие таких аномалий при-юдит к изменению амплитуды и формы осцилляции и создает новые юзможности для проявления особенностей осцилляции, обусловленных іагнитострикцией;
-исследован ряд эффектов, обусловленных влиянием особенностей формы поверхности Ферми на квантовые осцилляции скорости и поглощения звука з металлах: предсказана и проанализирована зависимость квантовых осцилляции скорости и коэффициента поглощения ультразвука в металлах с почти цилиндрической в окрестности экстремального сечения поверхностью Ферми от направления магнитного поля, показано, что аномалии квантовых осцилляции скорости и поглощения звука, наблюдавшиеся в вольфраме за краем допплер-сдвинутого циклотронного резонанса, могут быть объяснены при учете взаимодействия звука со спиральной волной в компенсированном металле.
Обоснованность и достоверность выводов и результатов диссертации достигается тем, что они базируются на фундаментальных положениях электронной теории металлов. При расчетах применяются только хорошо апробированные методики. Приближенные соотношения и асимптотические разложения используются исключительно в пределах их применимости. Достоверность выводов и результатов подтверждается их соответствием с выводами существующих исследований при переходе к частным и предельным случаям, а также с данными эксперимента.
Научная и, практическая значимость работы состоит, прежде всего в том, что полученные результаты позволяют дать адекватное теоретическое описание ряда обусловленных влиянием локальных особенностей поверхностей Ферми металлов эффектов, наблюдавшихся в эксперименте - циклотронного резонанса з нормальном к поверхности образца магнитном поле в калии и кадмии и особенностей квантовых осцил-ляціійіокорости и поглощения ультразвука в вольфраме з сильных магнитных полях. Кроме того, в диссертации предсказан ряд новых эффектов и проанализированы возможности их экспериментального наблюдения, что монет послукить стимулом для постановки экспериментов, з результате которых возможно получение дополнительной информации о геометрии поверхностей Ферми и параметрах межэлектронного взаимс действия з некоторых металлах. Наконец, разработанные в диссертации методики расчета имеют достаточно общий характер и могут быть использованы при изучении электронных свойств металлов со СЛОЖНЫМ!
поверхностями Ферми, рассмотрение которых выходит за рамки настоящего исследования.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных семинарах по низкотемпературной физике металлов (Донецк, 1985,1991), на XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), а также на научных семинарах в ФИАН РФ, ИФМ УрО РАН и в других научных учреждениях.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 22 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, трех приложений, 12 рисунков и списка цитированной литературы из 170 наименований. Общий объем работы -264- страницы машинописного текста.
