Возбуждение электронов электронами — плазмоны

Появляются аномалии поведения электронов, квазичастиц (фононов, плазмонов, магнонов) и других элементарных возбуждений, которые влекут за собой изменения физических свойств УД систем, по сравнению с массивными материалами. [c.9]

Возбуждение. электронов электронами — плазмоны [c.270]

Для некоторых металлов, таких, как А1 и Mg,. преобладающим электронным возбуждением является возбуждение коллективных колебаний, или плазмонов. При соударении с быстрым падающим электроном огромное множество почти свободных электронов может прийти в колебание с характеристической плазменной частотой. [c.270]

Это есть хорошо известное из классической физики плазмы затухание Ландау. Оно непосредственно связано с (весьма слабым) перекрытием спектра плазмонов со спектром одночастичных возбуждений. Дело в том, что на хвосте больцмановского распределения всегда найдутся электроны, способные поглотить плазмон, причем законы сохранения импульса и энергии будут выпол- [c.236]

Вследствие электрон-электронного взаимодействия в изоляторах и в некоторых полупроводниках возможно существование хорошо определенных элементарных возбуждений с энергиями в запрещенной зоне, разделяющей валентную зону и зону проводимости. Эти возбуждения, называемые экситонами [3], соответствуют связанным состояниям электронно-дырочной пары. Энергия экситона лежит внутри запрещенной зоны вследствие кулоновского притяжения между электроном, возбужденным из валентной зоны, и оставшейся там дыркой. Экситоны, подобно плазмонам, подчиняются статистике Бозе. [c.26]

Прямое измерение спектра возбуждений валентных электронов и в особенности плазмонов с помощью исследования неупругого рассеяния быстрых электронов. [c.27]

Как ясно из оглавления, элементарные возбуждения, которые рассматриваются в книге, суть в основном электроны, фононы и плазмоны. Хотя некоторые части нашего рассмотрения будут носить сравнительно общий характер, тем не менее в большинстве конкретных приложений теории, рассматриваемых в данной книге, мы вынуждены будем иметь дело с простыми металлами, т. е, с металлами, поведение электронов в которых в ряде существенных черт напоминает поведение свободных электронов. (В дальнейшем мы будем говорить об этих веществах как о металлах типа электронного газа.) Та-КИМ образом, мы часто будем иметь в виду щелочные металлы (любимые металлы теоретиков ) и, наоборот, будем стараться избегать переходных металлов и редко земельных элементов. Кроме того, следует подчеркнуть, что даже характеристики щелочных металлов не удается вычислять точно, скажем, с точностью до 1%. На такую точность нельзя рассчитывать просто потому, что в тео-рии имеется слишком много переменных, и слишком много аппроксимаций приходится делать по пути, если исходить только из основных уравнений квантовой механики. Поэтому говорят о хорошем согласии теории с экспериментом для щелочных металлов, если это согласие имеет место с точностью, скажем, 10 или 15%. Вообще же говоря, при сравнении теоретических и экспериментальных данных, касающихся какого-либо свойства твердого тела, нельзя надеяться и на такую точность. [c.28]

В разрешённых энергетич, зонах у П. характерные пики плотности электронных состояний обычно уже, чем в объёме, ввиду меньшего числа соседей у поверхностных атомов см, Плотность состояний). Коллективные электронные возбуждения (плазмоны) на П, имеют меньшую энергию, чем в объёме (в простейшем случае — в 1,/2 раза), и проявляются, нанр., в спектрах потерь энергии электронов, рассеянных в кристаллах. [c.654]

Процесс генерации неравновесных носителей быстрыми электронами носит многоступенчатый характер. Первичные электроны, взаимодействуя с твёрдым телом, теряют свою энергию в осн. на ионизацию атомов. Электроны, образующиеся в результате ионизации и оже-эффекта, могут обладать энергией, достаточной для осуществления последующих актов ионизации и создания электроннодырочных пар. Кроме того, в процессе торможения первичных и относительно быстрых внутренних вторичных электронов возможно возбуждение плазмонов, распад к-рых также сопровождается генерацией электронно-ды- [c.555]

Для падающих электронов с большой энергией положение иное процессы, которые дают вклад в диффузное упругое и неупругое рассеяние, наблюдающееся на электронограммах, являются одновременно и основными процессами, приводящими к эффектам поглощения. Это возбуждение плазмонов, фононов и одноэлектронные возбуждения значительный вклад в отдельных случаях дает также рассеяние, связанное с ближним порядком или наличием дефектов. [c.281]

ПЛАЗМОН — квант плазменных колебаний (см. Плазма, Плазма твердых тел). П. — элементарное возбуждение (квазичастица) поля плазменных колебаний в том же смысле, в каком фотон — элементарное возбуждение электромагнитного поля или фо-пон — поля колебаний решетки кристалла. Теория плазменных колебаний электронного газа постоянной плотности (с равномерно распределенным нейтрализующим положительным зарядом) приводит к следующему выражению для частоты П. ш [c.28]

В предыдущих главах рассматривались элементарные возбуждения в твердых телах, связанные с коллективными движениями нейтральных атомов, молекул или тяжелых ионов. Квантами этих элементарных возбуждений являются фононы. Рассмотрим теперь элементарные возбуждения, связанные с коллективным движением электронов относительно тяжелых ионов в твердых телах. Эти элементарные возбуждения обусловлены кулоновским взаимодействием между электронами п положительными ионами. Им соответствуют продольные волны, которые получили название плазменных волн. Кванты плазменных волн называют плазмонами. [c.90]

Наиболее убедительные доказательства возможности образования плазмонов в твердых телах были получены в опытах по измерению потерь энергии быстрыми электронами (несколько кэв), прошедшими через тонкие пленки, либо отразившимися от них. Продольное (кулоновское) поле электрона является хорошим средством для возбуждения плазмонов. Было установлено, что быстрые электроны передают свою энергию в основном плазмонам, если переданный импульс меньше Икс. Теория потери энергии электронами в твердых телах развивалась в работе [41]. [c.102]

Основным экспериментальным доказательством существования плазмонов как хорошо определенных возбуждений системы валентных электронов в твердом теле служат результаты опытов по измерению характеристических потерь энергии 2). В этих опытах изучается энергетический спектр электронов (обладавших первоначальной энергией порядка тысячи электрон-вольт) либо после их прохождения через тонкую пленку ), либо после отражения от поверхности твердого тела ). Обычно [c.237]

В твердых телах существует много возможностей вводить такие элементарные возбуждения. Наряду с фононами — квантами колебаний решетки—существуют коллективные возбуждения электронов в металлах, которые названы плазмонами. Спиновая система атомов решетки может описываться спиновыми волнами с соответствующими квантами—магнонами. Элементарными возбуждениями в изоляторах и полупроводниках являются экситоны. [c.14]

Рассмотрев экранированные электроны, мы получим новые квазичастицы, а исследовав плазмоны —дальнейшие элементарные возбуждения в смысле 1. Свойства таких коллективных воз буждений мы рассмотрим подробнее в гл. V на примере фононов Дальнейшие аспекты для элементарных возбуждений и дальней шие соображения относительно членов взаимодействия в (12.8 мы получим, выразив (12.8) в виде представления чисел запел нения (Приложение А). [c.61]

В процессах взаимодействия сильных полей с твердыми телами могут в одном резонансном процессе рождаться или уничтожаться одновременно несколько фотонов и квазичастиц в различных модах [4.-22]. Такое явление можно использовать для единого описания нелинейных процессов, в которых устанавливается взаимосвязь различных участвующих во взаимодействии возбуждений (например, экситонов, поляритонов, плазмонов) между собой и с принимающими участие в процессах фотонами. Следует отметить, что в этой области проводятся интенсивные теоретические и экспериментальные исследования [4.-23—4.-25]. Двухфотонное поглощение и генерация фотонов на суммарной частоте могут быть связаны с объединением двух поляритонов, т. е. с процессом их слияни-я. Вновь возникшая частица может быть чистым экситоном электронов твердого тела или поляритоном. При исследованиях были получены данные об угловой и частотной зависимостях процесса слияния поляритонов, об относительном количестве участвующих в этом процессе поляритонов и о свойствах результирующих поляритонов. [c.489]

Возбуждение плазменных волн. Энергия плазмонов велика, поэтому они не возбуждаются при нагревании. Возбуждение плазмонов осуществляют быстрыми электронами (порядка нескольких киловольт), проходящими через тонкие ( 100А) пленки. При прохождении быстрых электронов через пленки бериллия, магния, алюминия они теряют энергию йсор, 2й(0р,. .. в соответствии с числом плазмонов, которые они возбудили. При этом наблюдаемая плазменная частота хорошо совпадает с вычисленной при учете валентных электронов (два в Ве и М и три в А1). В некоторых металлах и неметаллах (С, 51, Ое,. ..) электроны вобуж-дают по одному плазмону. В углероде, кремнии и германии плазменная частота также определяется валентными электронами (по четыре на атом). В металлах Си, P g, Аи и многих других переходных металлах в плазменных колебаниях наряду с валентными принимают частичное участие и другие электроны. В табл. 8 приведены значения энергии плазмонов для некоторых твердых тел. [c.98]

Покажем, что эти условия идентичны выведенным нами ранее с помощью метода коллективных переменных. Для этой цели заметим прежде всего, что условие (3.1736) в точности совпадает с условием (3.91), определяющим невозможность возбуждения электронно-дырочной пары плазмоном. Тождественность условий (3.173а) и (3.906) менее очевидна. Чтобы установить ее, заметим, что в формуле (3.168а) для Ei(k u), полученной в рамках RPA, можно пренебречь ограничениями, связанными с прин [c.194]

Плазменные колебания в металле есть коллективные продольные возбуждения газа электронов проводимости. Плазмо-нами называют квантованные плазменные колебания. Мы можем возбудить плазмой, пропуская электрон через тонкую металлическую пластинку (рис. 8.6) или в результате отражения электрона (или фотона) от металлической пленки. Наличие у электрона заряда связывает флуктуации электрост-атического поля с колебаниями плазмы. Электрон, проходящий через пленку или отражающийся от нее, будет терять энергию, причем не непрерывно, а порциями, кратными энергии плазмона. На рис. 8.7 приведены спектры потерь энергии, полученные в экспериментах на А1 и Mg. [c.288]

В книге, состоящей из двух частей, с единой точки зрения рассмотрены электронные, фононные и оптические свойства твердых тел—металлов и полупроводников. Первая часть посвящепа теории элементарных возбуждений в твердых телах квазиэлектронов, плазмонов, фононов, магнонов и экситонов. Вторая часть посвящена взаимодействиям элементарных возбуждений элект-рон-фононному, электрон-фотонному, фотом-фононному, электрон-электронному и фонон-фононному. [c.2]

Плазмоны представляют собой продольные колебания и для их возбуждения использовались электронные пучки. Поскольку свет представляет собой поперечные электромагнитные колебания, он возбуждает плазменные колебания только в особых условиях. Так, В. Штейнман показал, что в тонких пленках возможна передача импульса по поверхности, благодаря чему возбуждаются плазменные колебания. Для электронного газа со слабым затуханием для частот [c.255]

ДИФРАКЦИЯ медленных электронов — дифракция электронов с эпергиями от десятков до сотен эВ один из осн. методов изучения структуры приповерхностных слоев монокристаллов толщиной нм. Толщина исследуемого слоя определяется глубиной проникновения электрона в кристалл без потери энергии. Электроны, используемые в методе Д. м. э., теряют энергию в осн. на образование плазмонов (ср. путь, проходимый медлеппы.м электроно.м между нос-ледоват. актами возбуждения плазмонов, составляет [c.668]

Оптические свойства. Для эл.-магн. воли оптпч. диапазона М., как правило, непрозрачны. Характерный блеск — следствие практически полного отражения света поверхностью М., обусловленного тем, что диэлектрическая проницаемость электронного газа 8 при оптич. частотах отрицательна. Диэлектрич. проницаемость М. е = Ей — о) ,/со , где ей — диэлектрич. проницаемость ионного остова, — плазменная (ленгмюровская) частота электронов. Плазменные частоты могут быть экспериментально определены по характеристич. потерям энергии быстрых электронов (с энергией при прохождении через металлич. плёнку. Они теряют энергию на возбуждение плазмонов — квантов колебаний электронной жидкости с частотой ljl (табл. 8), [c.119]

Велкер и др. 1765] исследовали спектры оптического поглощения матрично изолированных кластеров Li, Na, Si и Ge. Выбор щелочных металлов обусловлен двумя обстоятельствами. Во-первых, они обладают хорошо выраженным возбуждением поверхностных плазмонов в кристаллическом состоянии, что может быть использовано как критерий различия мажду молекулярными и микрокристаллическими спектрами поглощения. Во-вторых, простая электронная структура щелочных металлов позволяет выполнить относительно несложные вычисления методом молекулярных орбиталей. С другой стороны, знание структуры и электронной конфигурации кластеров Si, Ge [c.265]

Хотя проблемы, связанные с прохождением электрического тока через островковую металлическую пленку, лежат вне сферы затрагиваемых нами вопросов, тем не менее представляет интерес наблюдение свечения отдельных центров островковой пленки Ag весовой толщиной 60—80 А при подаче на нее напряжения 20—30 В [1003]. Ранее было показано, что излучение, возникающее в островковых пленках Ag при электронной бомбардировке, обусловлено радиационным распадом поверхностных плазмонов частиц (рис. 139, кривая 2) [1004]. В спектре излучения, возбуждаемом прохождением электрического тока через пленку, плазменные пики (>n=313G А и 3500 А) выражены слабо по сравнению с доминирующей полосой в области ближнего ИК-света (рис. 139, кривая 1). Это объясняли тем, что только малая часть неравновесных электронов имеет энергию, достаточную для возбуждения плазмонов. Появление максимума при Я =6700 А связывали с неупругим туннелированием неравновесных электронов из частицы в частицу и с отражением этих электронов от потенциального барьера внутри частицы. [c.311]

В магнетиках тепловое возбуждение магнитной решетки приводит к появлению спиновых волн, кванты которых называются магнонами. Аналогичным образом квантование плазменных колебаний рождает плазмоны. Фононы, магноны, плаз-МОНЫ обладают энергией (определяемой по формуле Планка) и импульсом и представляют собой элементарные возбуждения кристалла — квазичастицы, которые не могут самостоятельно существовать вне кристалла в -отличие от фотонов. Электроны в металлах, называемые свободными , также представляют собой квазичастицы. Вследствие взаимодействия с решеткой-они обладают эффективной массой, которая может быть существенно больше или меньше массы свободного электрона, и квазиимпульсом, изменяющимся на величину, пропорциональную вектору обратной решетки. В кристаллах существует и ряд других ,..онов — кЁазичастиц, имеющих ряд общих черт. Поэтому можно ввести понятие обобщенного возбуждения [c.111]

В случае рентгеновских лучей основной вклад в поглощение происходит за счет возбуждения электронов внутренних оболочек атомов, и, таким образом, за исключением непосредственной близости длин волн падающего пучка и края полосы поглощения, вклад этот очень незначительно зависит от того, соединены ли атомы в молекулы или образуют жидкость или твердое тело. В случае электронов, однако, в наиболее важных процессах неупругого рассеяния принимают участие наружные электронные оболочки, и энергетические потери лежат в пределах от О до 50 эВ. Таким образом, коэффициенты поглощения сильно зависят от природы связи или ионизации атомов. Для твердых тел важный вклад в коэффициент поглощения создается за счет рассеяния на плазмонах, за счет обра- [c.92]

Для дифракции электронов поглощение происходит в основном вследствие плазмонного возбуждения, которое дает вклад только в Цо. и теплового дис х )узного рассеяния, которое определяет значение 1 , спадающее не очень быстро с углом рассеяния [176]. Отношение к цо обычно невелико и эс )фект Боррмана неярко выражен [c.212]

Только для сравнительно небольшого числа металлов, включая Л1 и М , четко выраженные плазмонные потери преобладают в спектре энергетических потерь. Для большинства металлов, полупроводников и изоляторов спектр энергетических потерь является сложным он состоит из случайных пиков, которые можно приписать возбуждению плазмонов, и сильных резких или размытых полос, которые обычно связывают с одноэлектронными возбуждениями, хотя такие ассоциации с определенными процессами возбуждения электронов кристалла в лучшем случае являются весьма неопределенными. [c.272]

Сложение амплитуд, подобное (12.35), послужило основой подробных расчетов Дойля [119], проведенных на основе л-волновой теории интенсивностей плазмонного рассеяния в тонких кристаллах А1, ориентированных так, что возбуждался только систематический набор отражений hhh. В согласии с экспериментальными наблюдениями Дойль показал, что при возбуждении сильного отражения 111 диффузное рассеяние обнаруживает тенденцию к исчезновению в области между сильными пучками ООО и 111 (см. также [214]). Кроме того, в согласии с экспериментом он рассчитал форму полос равной толщины, полученных с помощью пучков электронов [c.277]

Рассмотрим случай, когда функция поглощения ц(х, у) возникает из-за того, что некоторые электроны рассеиваются, не давая вклада в изображение. Часть из них теряет много энергии в процессах неупругсго рассеяния, так что их нельзя сфокусировать, должным образом в плоскости изображения. Для электронов, потерявших от 10 до20эВ своей энергии в результате плазмонных возбуждений или возбуждений отдельных атомных электронов, хроматическая аберрация объективной линзы будет дефокусировать изображение так, что для этих электронов наилучшее разрешение, достижимое в электронных микроскопах с напряжением 100 кэВ будет составлять от 10 до 20 A. Такое расфокусированное изображение будет добавляться к изображению в фокусе, которое образуется упруго рассеянными электронами. Таким образом, на получение изображения деталей образца, размер которых превышает 20 A, неупругое рассеяние не влияет. При получении изображения деталей, меньших 10 А, неупруго рассеянные электроны будут давать медленно изменяющийся ( с углом) фон, уменьшающий контраст. Это приведет к необходимости включить функцию поглощения при интерпретации изображения, возникающего благодаря упруго рассеянным электронам. [c.294]

Здесь различаются возбуждения плазмонных колебаний и атомных электронов. — Прим. ред. [c.320]

В выражении для 5 остается оценить плотность энергии плазменных колебаний в состоянии пучковой неустойчивости. Естественно предположить, что (Л /У)р /гсор (йг/йур) . Ю здесь неравновесная плотность числа плазмонов отличается от равновесной множителем 10 . Последнее обстоятельство мы связываем с разницей в величинах плазменного сопротивления в кристаллах в случае их термического возбуждения и возбуждения пучком. В соответствии для Ш полагаем Г —10°К, а для скорости плазмонов Vp u, исходя из условия резонансного взаимодействия плазменных волн с электронами пучка. [c.350]

Спектр энергии электронов с первоначальной энергией 45 кэв после прохождения через алюминиевую пленку толщиной 15 мкг/см . Правый пик представляет ялектроны, не испытавшие потерь энергии. Другие пики с интервалами— 15 эв соответствуют возбуждению плазмонов, [c.28]

Можно считать, что при импульсах передачи hk<.hka корреляционная энергия электронного газа состоит из двух частей, одна из которых связана с наличием плазмонов, а другая — с экранированным взаимодействием между отдельными частицами. Такое разделение соответствует уже указанному выше разделению функции S(k u) на две части — плазмонную и связанную с возбуждением пар. Оно возможно, только если плазмоны представляют собой отчетливо выраженную ветвь элементарных возбуждений электронного газа. В приложении В показано также, как надо выбрать контур интегрирования в комплексной плоскости (о, чтобы придти к подобному разделению [12]. После того как это сделано, легко показать, что выражение для дальней части корреляционной энергии при вычислении в рамках RPA по формуле (3.130) в точности совпадает с результатом работы [26], полученным методом коллективных переменных. [c.201]

В этой главе мы завершим рассмотрение наиболее важных свойств свободного электронного газа. Наша цель состоит в том, чтобы с максимальной физической ясностью осветить все аспекты поведения свободного электронного газа и сделать это до того, как мы перейдем (в гл. 9) к рассмотрению тех модификаций нарисованной картины, которые вносятся эффектами взаимодействия электронов проводимости с кристаллической решеткой. Мы начнем с рассмотрения реакции свободного электронного газа на воздействие внешнего электрического поля. Статическая реакция электронного газа сводится к электростатическому экранированию кулоновского взаимодействия. Динамическая реакция электронного газа проявляется в типичном для металлов отра-женип света и в возбуждении плазмонов — форме коллективного движения электронного газа. [c.281]

Первая часть книги посвящена элементарным возбуждениям плазмонам, электронам и дыркам в кристаллах, фононам, магно-нам и экситонам. Вторая часть —взаимодействиям этих возбуждении и связанным с ними кинетическим явлениям электропроводности, теплопроводности, поглощению света, сверхпроводимости и т. п. [c.7]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...