Осциляції Шубникова-де Гааза — коливання магнетоопору виродженого електронного газу при зміні магнітного поля.
Фізична природа явища В магнітному полі електронний спектр квантується із виникненням рівнів Ландау, положення яких залежить від магнітного поля. Електропровідність виродженого електронного газу здійснюється в основному електронами, які мають енергію, близьку до рівня хімічного потенціалу (при нульовій температурі — рівня Фермі). Густина станів зростає щоразу, коли при зміні магнітного поля рівень Ландау збігається з рівнем хімічного потенціалу.
Квантування Ландау рівнів енергії електронів у магнітному полі приводить до осциляцій не тільки термодинамічних величин (наприклад, ефект де Гааза – ван Альфена (дГвА)), але й кінетичних коефіцієнтів, зокрема, до магнітних осциляцій компонент тензора електропровідності ( ) – ефекту Шубникова – де Гааза (ШдГ) (c. 264), (с. 202). Крім осциляційної залежності, що виникає внаслідок осциляцій густини станів (аналогічно ефекту дГвА), в електропровідності з'являються осциляції, що пов'язані із впливом квантування на процеси розсіювання (с. 203). Урахування в інтегралі зіткнень кінетичного рівняння квантування енергетичного спектра й впливу електричного поля на енергію електрона, показало, що внесок процесів розсіювання в амплітуду осциляцій ШдГ поперечних компонент (магнітне поле спрямоване уздовж осі ) у схрещених полях ( ) є визначальним .
Коливання спостерігаються в сильних магнітних полях при низьких температурах.
Період коливань Період осциляцій ШдГ магнітоопору збігатися з періодом дГвА коливань магнітної сприятливості:
де - площі екстремальних перетинів поверхні Фермі (ПФ) площинами , де — проєкція імпульсу електрону на напрямок магнітного поля .
Для ізотропного квадратичного закону дисперсії електронів, ( - вектор імпульсу) період осциляцій визначається формулою: ,
де — магнетон Бора для носія заряду з врахуванням відмінності ефективної маси від маси електрона , e — заряд електрона, — зведена стала Планка, c — швидкість світла, — енергія Фермі.
Історія відкриття Осциляції були відкриті в 1930 році Вандером де Гаазом із Нідерландів і Левом Васильовичем Шубниковим для вісмуту з малою концентрацією домішок.
Використання
Змінюючи напрямок і напруженість магнітного поля та досліджуючи коливання ШдГ, можна визначити всі екстремальні перетини ПФ, що є важливою інформацію щодо закону дисперсії електронів провідності. У випадку опуклої ПФ цього достатньо для повної відбудови ПФ .
З появою МДН- транзисторів на початку 60-х років цей ефект отримав надзвичайне поширення при дослідженні поведінки двовимірного електронного газу в сильних магнітних полях при гелієвих температурах. В 70-х роках цей ефект почали широко досліджувати на гетероструктурах. З кінця 70-х розпочалася епоха досліджень квантового ефекту Холла, а з початку 90-х — епоха досліджень квантової антиточки. Починаючи з 2004 року, після відкриття графену, метод осциляції Шубникова-де Гааза інтенсивно використовуються для вивчення зонної структури цього новітнього матеріалу.
Див. також Ефект де Гааза-ван Альфена Квантовий ефект Холла Квантова потенціальна антиточка
Література L.W. Schubnikow and W.J. de Haas, Proc. Netherlands Roy. Acad. Sci. 33, 130 & 163 (1930) B. K. Ridley Quantum Processes in semiconductors. Oxford 1993 ISBN 0-19-851752-1
Примітки