Коллективные явления в неоднородных конденсированных средах с учётом межчастичных корреляций

Заключительная, шестая глава диссертации посвящена интенсивно изучаемым в последнее время средам с искусственной неоднородностью - электромагнитным (фотонным) кристаллам и композитам [33,39], а также средам с естественной неоднородностью - поликристаллам [40] и многокомпонентным диэлектрикам (растворам) [60]. Рассмотрены колебания на поверхности перечисленных сред [63,64]. Особое внимание обращено на влияние корреляционных и флуктуационных эффектов на спектры поверхностных колебаний. Например, в спектре колебаний на границе композита «металл- диэлектрик» с обычным диэлектриком обнаружена «псевдощель» вблизи порога перколяции, щ| p-p_c |^3/2, где p - объёмная концентрация металлической составляющей композита, p_c - её пороговое значение. В случае границы композит «металл- диэлектрик» - металл изучено влияние ферми-жидкостного взаимодействия электронов в металле на спектр поверхностных возбуждений и показано, что учёт этого взаимодействия даёт сдвиг частоты поверхностной волны, пропорциональный коэффициенту Ландау А₀. Для поликристаллов получен сдвиг частоты поверхностных колебаний, обусловленный флуктуациями анизотропии отдельных кристаллитов; аналогичный сдвиг в случае многокомпонентного диэлектрика определяется флуктуациями поляризуемости молекул.

В Приложения к основному материалу диссертации вынесены следующие вопросы: 1) свойства электронных g-факторов в одномерных кристаллах; 2) недиагональные поляризационные операторы; 3) среднее от произведения флуктуаций поляризуемости двух молекул; 4) вклад флуктуаций локального поля в поляризацию многокомпонентного диэлектрика; 5) о добавочных волнах в многокомпонентном диэлектрике [65].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Методами квантовой теории поля получено выражение для продольной макроскопической диэлектрической проницаемости двухкомпонентной электронной жидкости металлов, полуметаллов и полупроводников, в котором впервые единым образом учтены обменно-корреляционное взаимодействие, процессы переброса и межзонные переходы электронов.

2. Получены спектры бесспиновых объёмных и поверхностных коллективных возбуждений в двухкомпонентной электронной жидкости указанных веществ с учётом обменно-корреляционного взаимодействия, процессов переброса и межзонных переходов электронов.

3. Теоретически предсказана не предлагавшаяся ранее возможность параметрического возбуждения электронного звука в легированных полупроводниках и в полуметаллах слабо неоднородным высокочастотным электрическим полем большой интенсивности.

4. Обобщена кинетическая теория генерации сильного поля в полупроводниковом лазере на случай неоднородных полей типа стоячей волны. Установлено, что в режиме высокой добротности насыщение генерации происходит при значениях поля, больших, чем в однородном случае.

5. Показано, что учёт корреляций между флуктуациями анизотропии молекул в аморфном веществе приводит к пространственной дисперсии его диэлектрической проницаемости в области длин волн >10^-8 см. Получено дисперсионное уравнение продольных электромагнитных волн в такой среде.

6. Впервые развита теория пространственной дисперсии флуктуационного происхождения в аморфном диэлектрике, состоящем из нескольких сортов молекул. Показано, что вблизи нулей средней (по сортам) поляризуемости молекулы, (₁)= 0, диэлектрическая проницаемость многокомпонентного диэлектрика определяется средним квадратом флуктуации поляризуемости молекулы, (_кв)², что приводит к аномальным свойствам электромагнитных волн при частотах, близких к ₁.

7. Получена температурная зависимость диэлектрической проницаемости одноосного кристалла и решёточной части коэффициента преломления одноосного кристаллического полупроводника. Рассчитан обыкновенный показатель преломления для GaSe в диапазоне температур 27-100°С, совпадающий с экспериментальными данными с точностью ? 0,1%. Показано, что причиной этих зависимостей являются тепловые флуктуации осей анизотропных молекул. Дана оценка температуры, ниже которой коэффициент преломления полупроводника определяется вкладом решётки.

8. Впервые выявлены особенности колебаний на поверхности композитных сред, искусственных кристаллов, поликристаллов и многокомпонентных диэлектриков, обусловленные корреляционными и флуктуационными эффектами, а именно: щель в спектре поверхностных колебаний на границе композита «металл-диэлектрик» с обычным диэлектриком вблизи порога перколяции, сдвиг в спектре поверхностных колебаний на границе электромагнитного кристалла с металлом, пропорциональный коэффициенту Ландау А₀, и т.д.

РЕЗУЛЬТАТЫ, ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ, ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

Список литературы

1. Аверьянов Е.М. Эффекты локального поля в оптике жидких кристаллов /- Новосибирск.: Наука, 1999.? 552с.

1. Галицкий В.М., Елесин В.Ф. Кинетическая теория генерации сильного поля в полупроводниковых лазерах / ЖЭТФ.? 1975.? т.68.? в.1.? с.216?222 3а. Ландау Л.Д. Теория Ферми-жидкости / ЖЭТФ.? 1956.? т.30.? в.6.?с.1058?106 3б. Ландау Л.Д. Колебания Ферми-жидкости / ЖЭТФ.? 1957.? т.32.? в.1.? с.59?66 3в. Ландау Л.Д. К теории Ферми-жидкости / ЖЭТФ.? 1958.? т.35.? в.1.? с.97?103

2. Силин В.П. К теории вырожденной электронной плазмы / ЖЭТФ.? 1957.? т.33.? в.2.? с.495?500; Теория вырожденной электронной жидкости и электромагнитные волны в металлах / ФММ.? 1970.? т.29.? в.4.? с.681?734

3. Silin V.P., Fetisov E.P. Spatial dispersion effects in optics of metals / Phys.Stat.Sol.? 1970.? v.39.? p.49?60

4. Дунин С.З., Фетисов Е.П. Об электромагнитных свойствах двухкомпонентной изотропной Ферми-жидкости / ФММ.? 1972.? т.34.? в.6.? с.1125?1132

5. Пайнс Д., Нозьер Ф. Теория квантовых жидкостей / ? М.: Мир, 1967.? 382с.

6. Агранович В.М., Гинзбург В.Л. Кристаллооптика с учётом пространственной дисперсии и теория экситонов / М.: Наука, 1965.- 376с.

7. Мигдал А.Б. Взаимодействие электронов с колебаниями решётки в нормальном металле / ЖЭТФ.- 1958.- т.34.- в.6.? с.1438-1446

8. Adler S.L. Quantum theory of the dielectric constant in real solids / Phys.Rev.-1962.-v.126.- №2.- p.413-420

9. Wiser N. Dielectric constant with local field effects included / Phys.Rev.- 1963.-v.129.- №1.- p.62-69

10. Горьков Л.П., Дзялошинский И.Е. О возможности колебаний типа нуль-звука в металлах / ЖЭТФ.- 1963.- т.44.- в.5.? с.1650-1660

11. Силин В.П. Спиновые волны в вырожденной электронной жидкости / ЖЭТФ.-1968.- т.55.- в.2.? с.697-703

12. Cheng Y.C., Mermin N.D. Zero-sound in anisotropic metals / Ann.Phys.- 1970.- v.60.- №1.- p.27-45

13. Prange R.E., Sachs A. Transport phenomena in the simple metals / Phys.Rev.- 1967.- v.158.- №3.- p.672-682

14. Дунин С.З., Фетисов Е.П. Нуль-звуковые волны в двухкомпонентной Ферми-жидкости / ФТТ.- 1972.- т.14.- в.1.? с.270-272

15. Ахиезер И.А., Чудновский Е.М. К теории двухкомпонентной Ферми-жидкости / ЖЭТФ.- 1974.- т.66.- в.6.? с.2303-2313

16. Кондратьев А.С. и др. Теория двухкомпонентной электронной Ферми-жидкости неферромагнитных металлов в магнитном поле / ФММ.- 1976.- т.42.- в.5.? с.908-914

17. Кондратьев А.С., Кучма А.Е. Электронная жидкость нормальных металлов / ? Ленинград: ЛГУ, 1980.? 199с.

18. Горобченко В.Д. и др. Исследование плазменных возбуждений в технеции методом неупругого рассеяния электронов / ЖЭТФ.? 1984.? т.86.? в.2.? с.597?608

19. Jones B.L., McClure J.W. Normal-Fermi-liquid theory for electrons in solids / Phys.Rev.? 1966.? v.143.? №1.? p.133?147

20. Гейликман Б.Т. Об электронном механизме сверхпроводимости / УФН.? 1966.? т.88.? в.2.? с.327?345

21. Козлов А.Н., Максимов Л.А. Коллективные возбуждения в полуметалле / ЖЭТФ.? 1965.? т.49.? в.4.? с.1284?1292

22. До чан Кат, Копаев Ю.В. О спектре плазменных колебаний полуметаллов / ФТТ.? 1972.? т.14.? в.12.? с.3591?3593

23. Бурма Н.Г., Дейнека Е.Ю., Филь В.Д. Электронный звук в металле / Письма ЖЭТФ.? 1989.? т.50.? в.1.? с.18?21

24. Bezuglyi E.V. et al. Zero-sound in metals / Physica.? 1991.? B173.? №4.? p.405?407 26а. Bezuglyi E.V. et al. Zero-sound in normal and superconducting Mo / J.Phys. Cond. Matter.? 1991.? v.3.? №40.? p.7867?7876

25. Ерко А.И. Исследование полупроводникового лазера с голографическим селективным резонатором: Дисс…канд.физ.-мат.наук / - М.: МИФИ, 1979.- 140с.

26. Рязанов М.И. Введение в электродинамику конденсированного вещества / - М.: Физматлит, 2002.- 320с.

27. Долгов О.В., Максимов Е.Г. Эффекты локального поля и нарушение соотношения Крамерса-Кронига для диэлектрической проницаемости / УФН.- 1981.- т.135.- в.3.? с.441-477

28. Лифшиц И.М., Каганов М.И., Цукерник В.М. Распространение электромагнитных колебаний в неоднородных анизотропных средах / Учён. зап. Харьк. ун-т.- т.35.- Тр. физ. отд-ния физ-мат. фак.- 1950.- т.2.- с.41-54

29. Горкунов М.В., Рязанов М.И. Флуктуационная пространственная дисперсия в ахиральных жидких кристаллах / ЖЭТФ.- 1998.- т.114.- в.1.? с.182-190

30. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред / - М.: Наука, 1982.- 620с.

31. Sipe J.E. Macroscopic theory of dielectric solids. 1. The model of molecular optics / Can.J.Phys.- 1977.- v.55.- №24.- p.2169-2179

32. Antonioli G., Bianchi D., Francosi R. Temperature variation of the refractive index in GaSe / Appl.Opt.- 1979.- v.18.- №22.- p.3847-3850

33. Hernandez M.A. et.al. Temperature dependence of refractive index and absorption coefficient of GaSe at 633 nm / Opt.Commun.- 1995.- v.118.- №3-4.- p.335-337

34. Banda E.J. et.al. Refractive index studies of quartz / J.Phys.C.- 1987.- v.20.- №16.- p.2323-2329

35. Fцrsterling K., Wьster H-O. Ьber die Reflektion in einem inhomogenen medium / Ann.der Physik.- 1950.- b.8.- f.6.- s.129-133

36. Pendry J.B. et al. Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures / Phys.Rev.Lett.- 1996.- v.76.- №25.- p.4773-4776

37. Sarychev A.K. et al. Electrodynamics of metal-dielectric composites and electromagnetic crystals / Phys.Rev.B.- 2000.- v.62- №12- p.8531-8538

38. Dykhne A.M., Kaganova I.M. The electrodynamics of polycrystals / Phys.Rep.- 1997.- v.288.- №1-6.- p.263-290

39. Дубовик В.М. Коллективные возбуждения в переходных металлах / ФММ.- 1973.- т.35.- в.6.- с.1193-1198

40. Дубовик В.М. Коллективные возбуждения в модели двух зон с близкими эффективными массами электронов / ФММ.- 1974.- т.38.- в.2.- с.267-272

41. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Низкочастотные волны поляризации и нуль-звуковые колебания в заряженной Ферми-жидкости / ФТТ.- 1974.- т.16.- в.1.- с.83-88

42. Dubovik V.M., Fetisov E.P. Low frequency surface and volume plasmophonons / Sol.St.Comm.- 1975.- v.17.- №4.- p.481-483

43. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Параметрическое возбуждение звуковых колебаний в плазме твёрдого тела / ФТТ.- 1975.- т.17.- в.4.- с.1027-1034

44. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Эффекты локального поля в электронной ферми-жидкости металлов и полупроводников / ФТТ.- 1982.- т.24.- в.1.- с.173-178

45. Дубовик В.М., Попов В.Д., Яковлев В.П. Кинетические явления в полупроводниках в пространственно неоднородных электромагнитных полях: Сб. науч. ст. ''Взаимодействие лазерного излучения с резонансными средами'' / - М.: Энергоиздат, 1982.- с.91-102

46. Дубовик В.М., Попов В.Д., Яковлев В.П. К теории генерации сильного поля в полупроводниковых лазерах / ЖЭТФ.- 1983.- т.84.- в.1.- с.30-39

47. Dubovik V.M. Properties of electron form factors in one-dimensional crystals / Phys.St.Sol.- 1983.- (b)115.- K91-К93

48. Dubovik V.M., Fetisov E.P. Interband surface waves / Sol.St.Comm.- 1984.- v.50.- №5.- p.429-431

49. Дубовик В.М., Фетисов Е.П., Электронная Ферми-жидкость при наличии межзонных переходов / ФТТ.- 1985.- т.27.- в.10.- с.2965-2970

50. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Спектры коллективных возбуждений в металлах, полупроводниках и полуметаллах и межзонные переходы / ФТТ.- 1986.- т.28.- в.2.- с.369- 375

51. Дубовик В.М., Хмелинин А.Б. Влияние межзонных переходов на звуковой спектр полуметаллов / ФТТ.- 1986.- т.28.- №4 - с.1272-1274

52. Dubovik V.M., Ryazanov M.I. On the temperature dependence of the dielectric function of a uniaxial crystal / Laser Physics.- 1998.- v.8.- №6.- p.1218-1222

53. Dubovik V.M., Ryazanov M.I. On the reflection of electromagnetic waves in one-dimensionally nonuniform anisotropic medium / Laser Phys.- 1999.- v.9.- №6.- p.1205-09

54. Dubovik V.M., Ryazanov M.I. On the temperature dependence of the refractive index of a uniaxial crystal semiconductor / Laser Physics.- 2001.- v.11.- №9.- p.1037-1041

55. Dubovik V.M., Ryazanov M.I. Spatial dispersion in isotropic media caused by anysotropy fluctuations / Laser Physics.- 2004.- v.14.- №6.- p.904-909

56. Дубовик В.М. О пространственной дисперсии диэлектрической проницаемости изотропной двухкомпонентной среды: препринт МИФИ 007-2005

57. Дубовик В.М. Пространственная дисперсия диэлектрической проницаемости изотропной двухкомпонентной среды / Инж. физика.- 2005.- № 4.- с.43-46

58. Дубовик В.М., Рязанов М.И. Аномальные электромагнитные волны в многокомпонентном диэлектрике / ЖТФ.- 2006.- т.76.- в.9.- с.1-5

59. Дубовик В.М. Волны на поверхности двухкомпонентной среды с учётом флуктуаций локального поля / Инж. физика.- 2006.- №2.- с.12-13

60. Дубовик В.М. О черенковском излучении в изотропных двухкомпонентных средах / Инж. физика.- 2006.- №2.- с.14-15

61. Дубовик В.М., Фетисов Е.П. Колебания на поверхности композитных сред и искусственных кристаллов: препринт МИФИ 005-2006

62. Дубовик В.М., Фетисов Е П. Поверхностные колебания в средах с искусственной и естественной неоднородностью / ЖТФ.- 2007.- т.77.- в.9.- с.1-5

63. Дубовик В.М. О новых электромагнитных волнах в многокомпонентном диэлектрике / ЖТФ.- 2007.- т.77.- в печати

Размещено на Allbest.ru