Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
СКИН-ЭФФЕКТ
ІМЗФФС-НИЮ
поле Н, параллельное поверхности. Электроны, закручиваемые магн. полем, прн зеркальном отражении многократно сталкиваются с поверхностью образца и долгое время двигаются в пределах скин-слоя. Это приводит к росту проводимости и уменьшению глубины скин-слоя
б = |с*УГ
i/a
2 IM
/ wPt0zI ; >
542
где rh = mvcjeH — ларморовсиий раднус; предполагается Г? > б. Др. электроны, не сталкивающиеся С поверхностью, возвращаются в скин-слой после каждого оборота вокруг магн. поля, благодаря чему в металлах наблюдается циклотронный резонанс.
Более точный количеств, смысл как при нормальном, так и аномальном С.-э. (в отличие от б) имеет поверхностный импеданс Z. В НЧ-областн нормального С.-э.
2=2я Cl)/C2CF0
и уменьшается с темп-рой T, т. к. растёт Se. Для предельно аномального С.-э. импеданс
2=(я/3)и/в(яшВ/са)а/8(1—^УЗ),
где параметр В определяется спектром электронов; В изотропном приближении В = P1/*/COp.
Лит.: Ландау JI. Д., Лифшиц Б. М., Элентродинами-ка сплошных сред, 2 изд., М., 1982, с. 291—99; Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Физическая кинетика, М., 1979, с. 436—49; F a I к о v в к у L. A., Transport phenomena at metal surfaces, «Adv. in Phys.», 1983, v. 32, JVft 5, p. 753; A 6-рикосов А. А., Основы теории металлов, М., 1987, с. 105— 117. JI. А. Фалъкоеский.
Скин-эффект нелинейный. Прн достаточно высоких значениях напряжённости перем, эл.-магн. поля, когда параметры среды, напр, проводимость Ct1 начинают зависеть от поля, С.-э. становится нелинейным, т. е. толщина скин-слоя S также начинает зависеть от интенсивности эл.-магн. поля. Нанб. легко нелинейный С.-э. реализуется в плазме. Пороговые значения амплитуд электрич. и магн. полей, прн к-рых происходит переход С.-э. в нелинейный, зависят от параметров среды и частот.
В области НЧ определяющее влияние на проникновение поля оказывает дифференц. проводимость среды. Зависимость её от электрич. поля (т. н. электрическая нелинейность) обусловливается разогревом носителей, аномальным сопротивлением, пробоем среды н т. д. Пороговые амплитуды, прн к-рых возникает нелинейность дифференц. электрич. проводимости, могут различаться весьма сильно для разных механизмов нелинейности. Вследствие этого затухание эл.-магн. поля может быть не экспоненциальным, а, напр., степенным или и.-л. другим в завясимости от вида о(Е), т. е. меняется структура скин-слоя. Ho характерный масштаб затухания по порядку величины ос-
таётся равным б м с[2ло)СТ(Я)]
Значительно большее влияние в этой области частот оказывают магнитные нелинейности, к-рые могут менять С.-э. не только количественно, но и качественно. Их действие проявляется прн условии cojjT ^ 1, где сон = еН/тс — циклотронная часто-та носителей. В режиме магн. нелинейности С.-э. необходимо учитывать тензорный характер сопротивления среды в маги. поле. Зависимость диагональных компонент сопротивления р от Я (магнетосопротивление) аналогична влиянию электрич. нелинейностей. Недиа-гоиальные компоненты тензора сопротивления (см. Холла эффект) наиб, ярко проявляются в нестационарной задаче о проникновении в плазму постоянного магн. поля, включаемого в не к-рый момент времени t — 0. Тогда глубина проникновения поля в плазму меняется со временем: б00 c[tp(E, В режиме не-
линейного С.-э. в зависимости от напряжённости магн. поля вместо обычного диффузионного закона проникновения магнятного поля, при к-ром б г1^1 происходит
либо быстрое конвективное проникновение ПОЛЯ в плазму со скоростью порядка токовой екоростя носителей (т. е. б со *), либо запнранне поля на конечной толщине [т. е. 8(t) —* const]. Существ, роль в этих процессах играет неоднородность среды, а именно у если носители прн токовом движении попадают в область более высокой своей концентрации, то реализуется конвективное проникновение, в противоположном случае — запирание.
При наложении на плазму переменного магв. поля может возникать эффект детектирования, состоящий в том, что наряду с формированием скин-слоя у границы плазмы в глубь среды уходит нелинейная волна поля нек-рого фиксиров. направления, зависящего от направлення градиента концентрации носителей, а другие направления запираются.
В ИК-области, когда б — с/сир, нелинейные изменения происходят при IP/8я S Nmc2, когда носителей в скин-слое толщиной cjdip не хватает для переноса тока даже прн нх движеннн со скоростью, близкой с. В результате глубина проникновения поля увеличивается {чтобы повысить число носителей) до необходимой для поддержания тоиа: б = HfAnNe. В области высоких частот со ^ о)р толщина скин-слоя в плазме может как уменьшаться, так и возрастать в завнснмости от знака нелинейного вклада в диэлектрич. проницаемость. В Отличне от линейного режима, в случае нелинейного С.-э. прн медленном увеличении напряжённости ноля оно, начиная с нек-рой пороговой амплитуды, проникает в глубь плазмы на расстояние, определяемое диссипативным затуханием. (Это происходит при положит, нелинейном вкладе.) В случае достаточно слабой диссипации нелинейное проникновение поля в плазму может носить характер гистерезиса, т. е. зависеть от предыстории процесса. Напр., для плазменного слоя конечной толщины эффективность T проникновения эл.-магн. волны через слой, намеряемая отношением потоков энергии после слоя и перед ним, является неоднозначной ф-цнен интенсивности падающей волны I (как схематически показано на рнс.).
