Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
000 Тл зеемановское расщепление становится сравнимым с энергией на
границе зоны Бриллюэна для большинства полупроводников, при зтом
примесные состояния так сильно изменяются, что становится возможным
наблюдение возбужденных состояний в примесном потенциале.
Электроны проводимости в антиферромагнетике. В антиферромагнетике,
помещенном в магнитном поле, возможно образование автолока-лизованного
состояния электрона проводимости, когда конфигурация спиновой системы
антиферромагнетика меняется так, что общая энергия системы спин электрона
- спины атомов понижается. Автолокализация энергетически выгодна при
любых значениях гейзенберговского обменного интеграла. Однако не следует
думать, что электрон проводимости непременно перейдет в такое состояние.
В антиферромагнетике сила связи электрона с магнитной решеткой
определяется не только соотношениями между константами обменного
взаимодействия электрона проводимости с магнитными атомами и магнитных
атомов друг с другом, но и напряженностью магнитного поля [195], которое
меняет волновую функцию электронов и тем самым влияет на эти константы.
Оказывается, что существует некоторая область значений Bt < В < В2,
соответствующая переходу электрона проводимости из делокализован-ного
состояния в автолокализованное. Этот переход сопровождается увеличением
эффективной массы носителя, которая может на несколько порядков превышать
массу электрона в делокализованном состоянии.
177
Вследствие этого в эксперименте должно наблюдаться возрастание
продольного магнетосопротивления кристалла при усилении магнитного поля
вплоть до перехода вещества в диэлектрическое состояние. При В > В2 (В2 -
индукция поля, при которой происходит схло-пывание магнитных подрешеток)
осуществляется обратный переход - из автолокализованного состояния в
делокализованное и соответственно из непроводящего состояния в
проводящее. В большинстве антиферромагнетиков В2 " 100 -i- 1000 Тл, что
делает вполне реальной экспериментальную проверку гипотезы.
Квантовая электродинамика. Постановка экспериментов по изучению свойств
высокоэнергетических электронов в СМП позволяет провести более точную
проверку квантовой электродинамики, не требующую учета множества других,
неэлектродинамических эффектов (например, влияния сильного
взаимодействия, обусловленного присутствием протонов в подобных
эксперимертах). Пучки высокоэнергетических электронов (Е ~ 900 ГзВ) можно
получить на протонном ускорителе типа ''Теватрон", рассчитанном на
максимальную энергию пучка 1000 ГэВ [21]. Электроны будут возникать при
распаде мюонов, рожденных ускоренными протонами. Используя такие пучки
электронов и импульсное магнитное поле с Вт > 250 Тл, можно поставить
представляющие фундаментальный интерес эксперименты двух типов.
Эксперименты первого типа позволят измерить радиационные поправки
квантовой электродинамики в сильных полях. Измерения аномалий g-фактора
электрона в ССМП и изучение рождения электрон-по зитрон-ных пар в
магнитном поле позволят проверить справедливость квантовой
электродинамики и при сравнении с традиционным экспериментами (с участием
протона) оценить влияние сильного взаимодействия на электродинамические
явления.
Эксперименты второго типа включают в себя измерения спектров
синхротронного излучения электронов высоких энергий в ССМП. Такие
эксперименты очень важны для определения квантовых поправок к
классическим соотношениям, описывающим синхротронное излучение. Для
энергии Е = 900 ГэВ и магнитного поля с индукцией 250 Тл параметр ? =
(3/2) (Е/т0с2) (В/В0) равен 0,15, поскольку BQ = 4,4• 109 Тл. В области ?
я* 1 квантовые эффекты становятся преобладающими, так что измерения
спектров синхротронного излучения в полях с Вт > > 250 Тл укажут,
возможно, на необходимость квантовых поправок к классическим
соотношениям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
"... При исследовании различных явлений в сильных магнитных полях,
существующих очень короткое время, открываются возможности решения
широкого круга научных проблем, но для этого требуются специальная
техника и аппаратура".
П.Л. Капица. Доклад на заседании клуба Оксфордского университета, 1931г.
Предложив импульсный метод генерации СМП, П.Л. Капица уже через три года
получил очень сильные (по тем временам) поля с Вт до 30 Тл. Длительность
импульса поля в его экспериментах (0,01 с) была вполне достаточной для
проведения разнообразных исследований. Человечеству потребовалось около
60 лет, чтобы закрепиться на рубеже 30 Тл, т.е. научиться поддерживать
такое поле без ограничений по времени. Для этого потребовалось изобрести
''жесткие" сверхпроводники, освоить новые конструкции водоохлаждаемых
соленоидов, применить необычные изолирующие материалы. Постоянство столь
сильного магнитного поля позволило повысить точность измерений для
слабопроводящих веществ, без помех со стороны индукционных токов
исследовать хорошо проводящие материалы и предпринять изучение
воздействия магнитного поля на медленные процессы в слабо магнитных
