Спектр - колебание - решетка
Cтраница 2
Термомагнитная запись представляет собой многоступенчатый процесс, в результате которого изменяются магнитные свойства отдельных участков пленки. В процессе записи фотоны падающего излучения, поглощенные пленкой, вызывают возбуждение атомных электронов, это возбуждение за счет электрон-фононной связи передается фононам определенных ветвей спектра, для которых электрон-фононная связь является наиболее сильной; затем путем фонон-фононных взаимодействий энергия, переданная фононам, распределяется по всему спектру колебаний решетки, что приводит к локальному повышению температуры пленки и, как следствие этого, к локальному изменению магнитных свойств. И наконец, в участках пленки с изменившимися магнитными свойствами под действием внешнего магнитного поля происходит переключение намагниченности. Безусловный интерес представляет и возможность другого, прямого, механизма записи, когда запись происходит непосредственно при возбуждении светом атомных электронов. Такой механизм в принципе возможен, поскольку изменение состояния электронов при их возбуждении может непосредственно приводить к изменению магнитных свойств. Подобные эффекты принято называть фотомагнитными. Подробное их изучение началось сравнительно недавно. [16]
 |
Спектр поглощения колебаниями решетки в германии и кремнии.| Спектр отражения антимо-нида индия. [17] |
Спектр поглощения решеткой наблюдается в виде так называемых остаточных лучей. В действительности же спектр поглощения колебаниями решетки имеет полосы определенной ширины. На рис. 123 приведен спектр колебаний решетки германия и кремния. На рис. 124 приведен спектр отражения антимонида индия. [18]
Поскольку вероятности прямых и обратных переходов равны, то сильному поглощению должно соответствовать и сильное отражение. Спектр поглощения решеткой наблюдается в виде так называемых остаточных лучей. В действительности же спектр поглощения колебаниями решетки имеет полосы определенной ширины На рис. 1 12 приведен спектр колебаний решетки германия и кремния. На рис. 113 приведен спектр отражения антимонида индия. [19]
С Эйнштейном я впервые встретился в 1909 г. на научном конгрессе в Зальцбурге ( о котором также вспоминает Лизе Мейтнер в своей статье Оглядываясь назад 4); и я переписывался с ним в основном по поводу теории относительности. Карман и я попытались устранить это расхождение, принимая во внимание весь спектр колебаний решетки. [20]
Правда, тонкая структура колебательного спектра совсем не сказывается на теплоемкости, так как, согласно ( II. Cv зависит от функции спектрального распределения только через сумму вкладов отдельных частот. Поэтому часто при теоретических расчетах теплоемкости можно пользоваться достаточно грубыми приближениями ( разд. Экспериментально спектры колебаний решетки твердого тела определяют по данным рассеяния холодных нейтронов [ для полимеров см. Саффорд, Науман ( 1967), Тревино, Бутин ( 1967) ] или рассеяния рентгеновских лучей. Влияние колебаний решетки на рассеяние рентгеновских лучей проявляется в виде температурной зависимости интенсивности брэгговских рефлексов ( теория Дебая - Уол-лера) и появления дополнительного рассеяния в области рефлекса ( эффект Фэксена - Уоллера) [ ср. Однако если теплоемкость известна, то некоторое представление о колебательном спектре можно получить путем обратного решения уравнения (11.112), а также исходя из температурной зависимости так называемой температуры Дебая ( разд. [21]
В квантовой теории полей прежде всего отказываются от предложенной Борном и Гейзенбергом интерпретации произведения ф1р волновой функции Шредингера г з как вероятности местонахождения частицы и возвращаются к первоначальной интерпретации де Бройля и Шредингера, согласно которой волновая функция системы многих частиц является функцией, описывающей трехмерное классическое поле. Также как при квантовании электромагнитных полей, мы приходим к понятию фотона - характеристической частицы таких полей, при квантовании колебательного поля твердого тела вводится понятие фонона. Фононы аналогичны фотонам и частицам Бозе. Согласно квантовой теории полей, каждой частоте и спектра колебаний решетки твердого тела соответствуют фононы с энергией йю. [22]
В принципе сведения о том, как расположены экстремумы границ зон, можно получить с помощью точных измерений формы края полосы оптического поглощения. В германии и кремнии на длинноволновой части края наблюдается хвост слабого поглощения. Он обусловлен непрямыми переходами, при которых фотон падающего излучения с участием фонона колебаний кристаллической решетки переводит электрон из максимума валентной зоны при k 0 в минимум зоны проводимости, расположенный в стороне от центра зоны Бриллюэна. Можно ожидать, что аналогичные непрямые переходы будут происходить и в материалах, подобных антимониду индия, в которых минимум зоны проводимости находится при k О, а максимумы валентной зоны расположены в стороне от центра зоны Бриллюэна. Если, исходя из формы края полосы поглощения, удастся вычислить энергии участвующих в этом процессе фононов, то, пользуясь спектром колебаний решетки, можно вычислить их моменты и, следовательно, определить величину смещения Ak минимумов от центра зоны Бриллюэна. [23]
Однозначное заключение о теплоемкости линейных полимеров может быть сделано лишь на основе тщательного анализа теоретически обоснованных упрощенных моделей. Затем на основе этих расчетов можно попытаться объяснить, по крайней мере приближенно, поведение хорошо охарактеризованных реальных веществ. Интерпретировать экспериментальные данные помогает то, что теплоемкость не является в значительной мере структурно-чувствительным свойством. Например, вклад в теплоемкость колебаний решетки определяется интегральным колебательным спектром. Это означает, что относительно грубое приближение для решеточного спектра достаточно для получения совпадения с экспериментом. Напротив, достаточно совершенная аппроксимация экспериментальных значений теплоемкости не дает слишком большую информацию о спектре колебаний решетки. [24]
Вместе с тем найдено что результаты опыта действительно укладываются в рамки приведенных зависимостей при строго определенном и единственном значении числа Ер, которое в случае Ge оказалось равным 0 022 эв, а в случае Si - 0 0515 эв. Обычно энергию фононов принято выражать с помощью эквивалентной температуры 0, определяемой из равенства EpkB; эквивалентная температура 0 для Ge оказалась равной 260 К, а для Si - 600 К. Значение А в опытах Макферлана и Робертса равно 1 15 - 10s ел 1 для Ge и 5 0 - 103 см 1 для Si. Подобная зависимость а и аа от частоты не была, однако, обнаружена на опыте. Недавно Макферлан, МакЛин, Кваррингтон и Роберте [10, 15] провели измерения коэффициента поглощения в Ge и Si с оптической аппаратурой большой разрешающей способности. Для интерпретации данных опыта потребовалось применить выражение для а в виде формулы (7.42), что указывает на участие в поглощении фононов, принадлежащих к поперечным продольным акустическим ветвям спектра колебаний решетки. В Ge состояния с минимальной энергией в зоне проводимости размещены на границе первой зоны Бриллюэна по направлениям ( 111), так что число эквивалентных минимумов равно четырем ( гл. Весьма низкое значение 0 ( объясняет, почему Макферлану и Робертсу удалось привести в соответствие результаты своего опыта с теоретическими формулами, основанными на предположении об участии в поглощении только одного типа фононов. Численные значения 0 ( и 0 [ не очень хорошо согласуются со значениями констант, вычисленных на основе спектра колебаний решеток типа алмаза в работе Хси 111 ], который получил 0 ( - 150 К и 6 ( 350 К. Это относится особенно к величине 6, которая из оптических данных получилась немного меньшей, чем у Хси. Однако такое расхождение нельзя считать неожиданным, если учесть те приближения, которые были сделаны при определении спектра колебаний решетки типа алмаза в работе Хси. Недавние нейтрон-нографические измерения спектра колебаний в Ge, проведенные Брокгаузом и Нигером [12], по-видимому, полностью подтверждают значения 0, и 0 (, полученные в опытах по инфракрасному поглощению. Следует ожидать, что, поскольку граничные энергии продольных акустических и оптических колебаний находятся в близком соседстве, то оптическая ветвь также должна вносить известный вклад в процесс поглощения. Однако поглощение в Ge с участием оптических фононов слабое. [25]
Вместе с тем найдено что результаты опыта действительно укладываются в рамки приведенных зависимостей при строго определенном и единственном значении числа Ер, которое в случае Ge оказалось равным 0 022 эв, а в случае Si - 0 0515 эв. Обычно энергию фононов принято выражать с помощью эквивалентной температуры 0, определяемой из равенства EpkB; эквивалентная температура 0 для Ge оказалась равной 260 К, а для Si - 600 К. Значение А в опытах Макферлана и Робертса равно 1 15 - 10s ел 1 для Ge и 5 0 - 103 см 1 для Si. Подобная зависимость а и аа от частоты не была, однако, обнаружена на опыте. Недавно Макферлан, МакЛин, Кваррингтон и Роберте [10, 15] провели измерения коэффициента поглощения в Ge и Si с оптической аппаратурой большой разрешающей способности. Для интерпретации данных опыта потребовалось применить выражение для а в виде формулы (7.42), что указывает на участие в поглощении фононов, принадлежащих к поперечным продольным акустическим ветвям спектра колебаний решетки. В Ge состояния с минимальной энергией в зоне проводимости размещены на границе первой зоны Бриллюэна по направлениям ( 111), так что число эквивалентных минимумов равно четырем ( гл. Весьма низкое значение 0 ( объясняет, почему Макферлану и Робертсу удалось привести в соответствие результаты своего опыта с теоретическими формулами, основанными на предположении об участии в поглощении только одного типа фононов. Численные значения 0 ( и 0 [ не очень хорошо согласуются со значениями констант, вычисленных на основе спектра колебаний решеток типа алмаза в работе Хси 111 ], который получил 0 ( - 150 К и 6 ( 350 К. Это относится особенно к величине 6, которая из оптических данных получилась немного меньшей, чем у Хси. Однако такое расхождение нельзя считать неожиданным, если учесть те приближения, которые были сделаны при определении спектра колебаний решетки типа алмаза в работе Хси. Недавние нейтрон-нографические измерения спектра колебаний в Ge, проведенные Брокгаузом и Нигером [12], по-видимому, полностью подтверждают значения 0, и 0 (, полученные в опытах по инфракрасному поглощению. Следует ожидать, что, поскольку граничные энергии продольных акустических и оптических колебаний находятся в близком соседстве, то оптическая ветвь также должна вносить известный вклад в процесс поглощения. Однако поглощение в Ge с участием оптических фононов слабое. [26]
Вместе с тем найдено что результаты опыта действительно укладываются в рамки приведенных зависимостей при строго определенном и единственном значении числа Ер, которое в случае Ge оказалось равным 0 022 эв, а в случае Si - 0 0515 эв. Обычно энергию фононов принято выражать с помощью эквивалентной температуры 0, определяемой из равенства EpkB; эквивалентная температура 0 для Ge оказалась равной 260 К, а для Si - 600 К. Значение А в опытах Макферлана и Робертса равно 1 15 - 10s ел 1 для Ge и 5 0 - 103 см 1 для Si. Подобная зависимость а и аа от частоты не была, однако, обнаружена на опыте. Недавно Макферлан, МакЛин, Кваррингтон и Роберте [10, 15] провели измерения коэффициента поглощения в Ge и Si с оптической аппаратурой большой разрешающей способности. Для интерпретации данных опыта потребовалось применить выражение для а в виде формулы (7.42), что указывает на участие в поглощении фононов, принадлежащих к поперечным продольным акустическим ветвям спектра колебаний решетки. В Ge состояния с минимальной энергией в зоне проводимости размещены на границе первой зоны Бриллюэна по направлениям ( 111), так что число эквивалентных минимумов равно четырем ( гл. Весьма низкое значение 0 ( объясняет, почему Макферлану и Робертсу удалось привести в соответствие результаты своего опыта с теоретическими формулами, основанными на предположении об участии в поглощении только одного типа фононов. Численные значения 0 ( и 0 [ не очень хорошо согласуются со значениями констант, вычисленных на основе спектра колебаний решеток типа алмаза в работе Хси 111 ], который получил 0 ( - 150 К и 6 ( 350 К. Это относится особенно к величине 6, которая из оптических данных получилась немного меньшей, чем у Хси. Однако такое расхождение нельзя считать неожиданным, если учесть те приближения, которые были сделаны при определении спектра колебаний решетки типа алмаза в работе Хси. Недавние нейтрон-нографические измерения спектра колебаний в Ge, проведенные Брокгаузом и Нигером [12], по-видимому, полностью подтверждают значения 0, и 0 (, полученные в опытах по инфракрасному поглощению. Следует ожидать, что, поскольку граничные энергии продольных акустических и оптических колебаний находятся в близком соседстве, то оптическая ветвь также должна вносить известный вклад в процесс поглощения. Однако поглощение в Ge с участием оптических фононов слабое. [27]
Страницы: 1 2