Содержание к диссертации
Глава I. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЖТРОМАШИТНОГО ПОЛЯ С ДИСПЕРГЩ РУЮЩИМИ НЕОДНОРОДНЫМИ СРВДАМИ. РАСЧЕТ ПОНДЕРОМО-
ТОРНЫХ СИЛ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
I.I. Внутренняя энергия электромагнитного поля и пондеро-
моторные силы в диспергирующих средах 8
1-.2--. Взаимодействие электромагнитного поля с поверхностью
твердого тела. Поверхностные возбуждения в металлах. 10
1.3. Вклад поверхностных возбуждений в динамическую поля
ризацию веществ 14
Г.4. Взаимодействие переменного электромагнитного поля с
нейтральной неограниченной средой 19
Глава 2. СИЛЫ ВЗАИМОДШСТВИЯ ДВИЕУЩЕГОСЯ ЗАРЯДА С ПОВЕРХ
НОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА. 21
-
Потенциал поля, индуцируемого зарядом, движущимся вблизи металлической поверхности 21
-
Расчет силы взаимодействия заряда, движущегося вблизи металла с поверхностью при учете пространственной
и временной дисперсии 29
2.3. Расчет силы взаимодействия металла, обладающего ани
зотропной Ферми-поверхностью, с зарядом, движущимся
над его поверхностью 37
Глава 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЯМИ ТВЕРДИХ ТЕЛ
С УЧЕТОМ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННОЙ ДИСПЕРСИИ. 44
-
Молекулярные силы между металлами с учетом анизотропии Ферми-поверхностей 44
-
Момент молекулярных сил взаимодействия между поверхностями металлов 56
3.3. Электронный вклад в поверхностную энергию металла
с анизотропной Ферми-поверхностью 58
3.4. Молекулярные силы между полярным полупроводником
и металлом 64
Глава 4. ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ В ДЙПОЛЬНО-АКТИВНОМ ГАЗЕ.
УЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ВРЕМЕННОЙ ДИСПЕРСИИ... 68
4.1. Пондеромоторные силы в диспергирующих системах
малой плотности 68
4.2. Дипольный газ в переменном электромагнитном
поле 72
-
Пондеромоторные силы в диспергирующих дипольно-активных средах (феноменологический подход) 78
-
Взаимодействие дипольно-активного газа со световым пучком 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
ЛИТЕРАТУРА 86
П Р И Л О Ж Е НИ Е 91
Введение к работе
Описание взаимодействия электромагнитного поля с конденсированными средами связано с учетом пространственной и временной дисперсии.Диспергирующие среды в общем случае являются средами поглощающими и вопрос о силах, действующих со стороны электромагнитного поля, в отличие от вопроса о внутренней энергии поля, имеет смысл. Причиной возникновения нелокальных материальных соотношений служат как внешние переменные электромагнитные поля, так и пространственная неоднородность сред. Характерным пространственно-неоднородным объектом является поверхность или граница раздела. Пространственная неоднородность электронной подсистемы, обусловленная наличием границы раздела двух сред, приводит к возникновению колебаний электронной плотности, локализованных вблизи поверхности и является причиной нелокальной связи между индуцированным полем и зарядами. Возбуждение поверхностных состояний электронной подсистемы может быть вызвано как внешними по отношению к системе, так и внутренними флуктуационными источниками электромагнитного поля.
Целью настоящей работы является исследование влияния анизотропии энергетического спектра носителей заряда на закон дисперсии поверхностных плазмонов и, как следствие, на явления, связанные с их возбуждением в металлах и полупроводниках.
В работе рассмотрено взаимодействие нерелятивистски движущегося заряда с поверхностью и электромагнитное взаимодействие нейтральных макротел ( молекулярные силы Впн-дер-Ваальса). В первом случае причиной возбуждения поверхностных плазмонов служит поле движущегося заряда, во втором - флуктуационные источники ( например, флуктуации электронной плотности) В обеих ситуациях взаимодействие представлено длинноволновой частью электромагнитного поля. В подобных неоднородных задачах необходимость учета пространственной дисперсии определяется параметром OL , где OL - характерный параметр структуры (постоянная решетки), Л - длина волны индуцированного магнитного поля. Если при флуктуационном возмущении малость параметра а/А обеспечена существованием максимального значения волнового вектора плазмона, то при наличии внешнего возмущающего потенциала (движущийся заряд), малость параметра G./A. может быть определена нерелятивистской скоростью заряда или малостью его характерного расстояния от поверх* ности. Таким образом, учет пространственной дисперсии в рассматриваемых ситуациях сводится к учету членов ряда разложения по малому параметру СУ/А Однако, анизотропия энергетического спектра носителей (анизотропия Ферми-поверхности) проявляется уже в "нулевом" члене разложения поCf//its. ее вклад определяется иным параметром. Так, например, диэлектрическая функция металла в длинноволновом пределе зависит от углов ориентации поверхности Ферми относительно поверхности металла. Причиной анизотропии спектра электронов может служить сильное классическое магнитное поле. Структура поверхности также оказывает влияние на закон дисперсии электронов поверхностного слоя. В приближении длинных волн характер поверхности может быть представлен комбинацией двух предельных структур - зеркальной и диффузной. Анизотропия энергетического спектра электронов делает значительными отличия зеркального и диффузного способов отражения и приводит к различным видам интегральной связи индуцированного поля и заряда.
Как известно, закон дисперсии поверхностных плазмо-нов очень чувствителен к электронной структуре поверхностного слоя, поэтому существенное значение приобретает формулировка общих закономерностей, не зависящих от структуры поверхностного слоя, т.е. использование объемных величин, характеризующих неограниченную среду.
Реализация подобной программы может быть выполнена сведением проблемы к краевой задаче Римана или Гильберта. В этом методе используются аналитические свойства объемной диэлектрической функции и Фурье компонент электромагнитного
ПОЛЯ.
В работе на основании квантового кинетического уравнения, дополненного условиями отражения электронов от границы, устанавливается связь между взаимодействием электронной плотности и потенциалом электрического поля. Ядро интегрального оператора удается выразить через объемную диэлектрическую функцию. Уравнения Пуассона сводятся к краевой задаче теории аналитических функций, позволяющей не только найти дисперсионное уравнение поверхностных плазмонов, но и рассчитать величину индуцированного поля. Определены силы, действующие со стороны поверхности на заряд, силы взаимодействия поверхностей металлов и полупроводников, электронная часть поверхностной энергии монокристалла. Рассчитанные величины зависят от вида Ферми поверхности и от углов ,ее ориентации относительно границы. Подобная информация о Ферми- поверхности может быть получена путем измерения силы взаимодействия металлических поверхностей. Измерение элементов траектории заряженных частиц движущихся вблизи поверхностей позволяет судить о величине плазменной частоты металлов и полупроводников, а также о величинах асимптотических значений диэлектрической проницаемости <0 и 00диэлектриков. Кроме этого, представляется возможность управления пучками заряженных частиц силами изображения, связанными с динамической поляризацией поверхности.
Последняя глава посвящена расчету пондеромоторных сил в молекулярном газе, находящемся в переменном электромагнитном поле. Величина силы получена из уравнений баланса потока импульса центров масс молекул. Возникающая под действием пондеромоторяой силы пространственная неоднородность молекулярной системы приводит к нелинейному оптическому эффекту-самофокусировке светового пучка.
