Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Эксперименты по измерению магнетоплазменпого эффекта особенно полезны при исследовании полупроводников, и таким экспериментам посвящен ряд работ Лэкса с сотр. [23], в которых определялись эффективные массы носителей. Магнето плазменный
-2?
О
W SQ
Магнитное /те, нэ
т Гл. 8. Магнетоо/ітичєские аффекты в твердих телах
341
эффект наблюдался также в металлах и полуметаллах. В таких материалах высока концентрация носителей, благодаря чему оказывается высокой плазменная частота, и поэтому здесь уже существен вклад от межзонных переходов, так что простая интер-
** Г"
О,ІОО № 0,124 Знергия ротона, эв
0,080
о,<яз о,оэб о,т о,иг Энергия ротона, aS ff
Фиг. 4. а — спектральная зависимость кооффициента отражения сурьмы в магпитном ноле Н, перпендикулярном бинарной плоскости (из работы [25]).
ЛГагкетогглаамеиный аффект HtaK-еиыалек вблизи плазменной частоты. Пунктирная кривая — пря Н— 90 кэ; сшюшяан криааа—при
Я—Il0 кз. б н в — теоретпчесная спектральная зависимость коэффициента отражения в области магнетоплазмениого эффекта, полученная без учета межзоп-ных переходов (из работы [27]).
Параметры соответствуют теллури-
ду ртути: Л/"«б - IO18 слс_а. e =-12,0, т*/т = 0,075, і = 1,310-і" сек. б — г случае света круговой поляризации, падающего вдепв магнитного поля: к — в случае линейно пепяриаовавкого света,
н и huut.
претация, пригодная для полупроводников, становится неприменимой '). В случае полуметаллов возникают также усложнения вследствие наличия нескольких сортов носителей (по крайней мере двух). На фиг, 3 представлена кривая зависимости
l) В случае же щелочных металлов простая интерпретация остается справедливой (см. работу [241).— Прим. перее.
2?.
и SO
I
S= 40
г
'—г
090 0,)00 8,110 Энергия tpomuw, з8 в
от 342 Г. Дресселъхауз, М. Дресселъхауз
коэффициента отражения от магнитного доля, минимум которой связан с магнетоплазменным эффектом, для полуметалла сурьмы. Большой нерезонансный фон изрезан осцилляциями, связанными с оптическим эффектом Шубникова — Де-Гааза. Нерезонансный фон при любом магнитном ноле сильно зависит от частоты света (фиг. 4, а). Расстояние между максимумом и минимумом на этой кривой равно Л« a: 0),./2. Такое энергетическое расстояние (порядка 0,005 зв) согласуется с величиной Ti а)с, вычисленной для электронов в сурьме в случае, когда магнитное поле направлено вдоль бипарной оси [26]. Электроны дают главный вклад в величину of'. Но форма линии этих кривых не соответствует простой теории. Данное расхождение связано, по-видимому, с вкладом от носителей другого типа и с влиянием можзонных переходов вблизи плазменной частоты. Форма линии зависит такжо от того, как направлено постоянное магнитное поло — в направлении распространения света или вдоль магнитного поля свотовой волны. Эти два случая сопоставлены па фиг. 4, б и в, где представлены данные для простого полупроводника (выролсденного теллурида ртути).
2. ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС
В твердых телах возможны различные типы экспериментов по циклотронному резонансу. Их можно классифицировать в соответствии с ориентацией магнитного поля относительно поверхности образца, частотным диапазоном и глубиной проникновения поля излучения. В диэлектриках и чистых полупроводниках концентрация носителей невелика, благодаря чему электромагнитное поле в образце оказывается однородным. В таких материалах мы имеем дело с обычным (хотя и слабым по величине поглощения) циклотронным резонансом. Глубина же проникновения поля в металлы меньше длины волны поля излучения, и поэтому характер циклотронного резонанса существенно изменяется,
В экспериментах такого рода наблюдается резонанс при некотором значении магнитного поля, связанный с внутризонными переходами на поверхности Ферми. Циклотронный резонанс Азбеля — Канера успешно применяется для определения эффективных масс носителей вблизи поверхности Ферми. Этот эффект наблюдается при сравнительно низких частотах в условиях предельно аномального скин-эффекта. Допплеровски-сдвинутый циклотронный резонанс, наблюдающийся в поле II, перпендикулярном поверхности металла, также связан с аномальным скин-эффектом. Обычные эксперименты но циклотронному резонансу, оказавшиеся столь полезными для исследования полупроводников, производятся при сравнительно низких частотах, но недавно Гл. 8. Магнетооптические аффекты е твердых телах ' 339
был обнаружен циклотронный резонанс в полуметаллах в инфракрасной области.
При сравнительно низких частотах, когда Йш <; е?, существенны только о°ст и (Tc3. Это верхний предел области циклотронного резонанса и внутризонных магнетоплазмевных эффектов. Фотон с энергией Kwc = ЛеІІ/т*с переводит электрон из наивысшего занятого состояния в наинизшее пустое в зоне проводимости, благодаря чему и возникает резонансное поглощение. Если уровень Ферми проходит в валентной зоне, то наблюдается циклотронный резонанс дырок. В эффекте Азбеля — Канера нет различия между циклотронным резонансом электронов или дырок, но в обычном циклотронном резонансе поглощение волны с определенной круговой поляризацией зависит от знака заряда носителей.
