0

دانلود کتاب فرمیولوژی – نوسانات کوانتومی و نوسانات مقاومت مغناطیسی وابسته به زاویه

بازدید 585
  • عنوان کتاب: Fermiology -Quantum Oscillations and Angle Dependent Magnetoresistance Oscillations
  • نویسنده: Shinya Uji
  • حوزه: فرمیولوژی
  • سال انتشار: 2025
  • تعداد صفحه: 218
  • زبان اصلی: انگلیسی
  • نوع فایل: pdf
  • حجم فایل: 6.49 مگابایت

رساناهایی مانند فلزات با رسانایی الکتریکی بالا، انتقال حرارت زیاد، بازتاب نوری بالا در سطح و مغناطیس مستقل از دما را نشان می‌دهند. این خواص عمدتاً توسط حالت‌های الکترونیکی روی سطح فرمی تعیین می‌شوند. سطوح فرمی در رساناها حاوی اطلاعات میکروسکوپی متنوعی در مورد حالت‌های الکترونیکی هستند که منجر به خواص فیزیکی می‌شوند. بنابراین، استخراج این اطلاعات یک موضوع تحقیقاتی مهم برای درک منشأ خواص فیزیکی رساناها است. به طور کلی، رساناهایی با نوارهای انرژی تشکیل شده توسط بسیاری از اوربیتال‌های اتم‌های تشکیل دهنده، ساختارهای سطحی فرمی پیچیده‌ای دارند. در مقابل، سطوح فرمی رساناهای آلی، که اغلب در این یادداشت سخنرانی به آنها اشاره می‌شود، ساختارهای بسیار ساده‌ای دارند. دلیل این امر این است که تنها یک اوربیتال از یک مولکول آلی، یک نوار انرژی تشکیل می‌دهد و حالت الکترونیکی بسیار ناهمسانگرد است؛ یعنی حالت الکترونیکی فقط در یک جهت یا صفحه خاص پخش می‌شود. خواص فیزیکی رساناهای آلی را می‌توان به راحتی از ساختارهای سطحی فرمی ساده استنباط کرد و بنابراین “فرمیولوژی” (مطالعه سطح فرمی) در رساناهای آلی هم از نظر تجربی و هم از نظر نظری به طور قابل توجهی توسعه یافته است. دو روش امیدوارکننده برای تعیین سطوح فرمی و ساختارهای باند انرژی وجود دارد: طیف‌سنجی گسیل نوری و اندازه‌گیری‌های نوسان کوانتومی. در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های فنی قابل توجهی در روش اول، که به عنوان طیف‌سنجی گسیل نوری با تفکیک زاویه‌ای شناخته می‌شود، رخ داده است. در این روش، نور به سطح نمونه تابیده می‌شود و انرژی و تکانه الکترون‌های ساطع شده از سطح نمونه اندازه‌گیری می‌شود. این امر امکان مشاهده مستقیم باندهای انرژی را فراهم می‌کند. مزیت این روش این است که به دلیل انرژی بالای نور تابیده، می‌توان ساختار باند را در یک محدوده انرژی وسیع تا سطح فرمی تعیین کرد. با این حال، از آنجا که فوتوالکترون‌های ساطع شده به فوتوالکترون‌های نزدیک به سطح نمونه محدود هستند، این تکنیک فقط در سطح نمونه اطلاعات مربوط به حالت‌های الکترونیکی را ارائه می‌دهد و این بدان معناست که به یک سطح تمیز نیاز است. تفکیک انرژی آن نیز زیاد نیست. روش دوم، اندازه‌گیری‌های نوسان کوانتومی ناشی از کوانتیزاسیون لاندائو حالت‌های الکترونیکی در یک میدان مغناطیسی، می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد حالت‌های الکترونیکی بسیار نزدیک به سطح فرمی ارائه دهد. این روش به شرایط سطح نمونه حساس نیست، زیرا نوسانات کوانتومی در خواص حجمی مانند مقاومت الکتریکی، مغناطش و غیره مشاهده می‌شوند. علاوه بر این، وضوح انرژی آن بالاتر از طیف‌سنجی فوتوالکترون است و به ما امکان می‌دهد ساختار دقیق سطوح فرمی را بررسی کنیم. از سوی دیگر، به دلیل ساختار هندسی سطح فرمی، الکترون‌ها مدارهای مشخصی روی سطح فرمی در یک میدان مغناطیسی دارند. این حرکت مداری باعث نوساناتی در مقاومت به عنوان تابعی از جهت‌گیری میدان مغناطیسی می‌شود. این نوسان مقاومت مغناطیسی وابسته به زاویه نامیده می‌شود و اندازه‌گیری آن اخیراً به عنوان روشی برای تعیین دقیق ساختار سطح فرمی ایجاد شده است. ساختار سطح فرمی ارتباط نزدیکی با مکانیسم‌های گذارهای فاز الکترونیکی مختلف مانند ابررسانایی، موج چگالی و گذارهای نماتیک الکترونی دارد. بنابراین، شناخت ساختار دقیق سطوح فرمی برای تعیین منشأ گذارهای فاز الکترونیکی بسیار مهم است. این یادداشت سخنرانی بر روی این اندازه‌گیری‌ها تمرکز دارد و چگونگی تعیین ساختار دقیق سطوح فرمی را بررسی می‌کند. بیشتر مطالب برای رساناهای کم‌بعد با ساختارهای سطحی فرمی ساده شرح داده شده است. با این حال، این محتوا برای رساناهایی با ساختارهای سطحی فرمی سه‌بعدی پیچیده نیز قابل استفاده است. این جزوه برای دانشجویانی نوشته شده است که پس از تسلط بر مکانیک کوانتومی و مکانیک آماری، فیزیک حالت جامد مقدماتی را مطالعه کرده‌اند. فصل‌ها شامل ضمائم زیادی برای درک بهتر هستند. اگر می‌خواهید یک مرور کلی از محتوا داشته باشید، می‌توانید از ضمائم صرف نظر کنید. امید است که این جزوه برای کسانی که مطالعات خود را در این حوزه تحقیقاتی آغاز می‌کنند، مفید باشد. نویسنده مایل است از پروفسور توشیهیتو اوسادا (دانشگاه توکیو) برای مشاوره در مورد محتوای فصل ۴ تشکر کند. نویسنده همچنین مایل است از اعضای انتشارات دانشگاه تسوکوبا برای مشاوره‌شان تشکر کند. از آقای کیوهی موریسادا (دانشگاه تسوکوبا) برای ویرایش دقیق سپاسگزارم.

Conductors such as metals with high electrical conductivity exhibit large heat transfer, high optical reflectivity at the surface, and temperature-independent magnetism. These properties are predominantly determined by the electronic states on the Fermi surface. The Fermi surfaces in conductors contain a variety of microscopic information on the electronic states that lead to physical properties. Therefore, extracting this information is an important research issue for understanding the origin of the physical properties of conductors. In general, conductors with energy bands formed by many orbitals of the constituent atoms have complicated Fermi surface structures. By contrast, the Fermi surfaces of organic conductors, often cited in this Lecture Note, have very simple structures. This is because only one orbital of an organic molecule forms an energy band, and the electronic state is highly anisotropic; i.e., the electronic state is spread out only in a certain direction or plane. The physical properties of organic conductors can be easily deduced from the simple Fermi surface structures, and therefore “Fermiology” (Fermi surface study) has developed significantly in organic conductors both experimentally and theoretically. There are two promising methods to determine Fermi surfaces and energy band structures: photoemission spectroscopy and quantum oscillation measurements. In recent years, there have been significant technical developments in the former, known as angle-resolved photoemission spectroscopy. In this method, light is incident on the surface of a sample and the energy and momentum of the electrons emitted from the sample surface are measured. This allows the direct observation of the energy bands. The advantage is that the band structure can be determined over a wide energy range up to the Fermi level due to the high energy of the incident light. However, because the emitted photoelectrons are limited to those near the surface of the sample, this technique provides information on the electronic states only at the sample surface and it means that a clean surface is required. Its energy resolution is also not high. The latter method, quantum oscillation measurements resulting from Landau quantization of electronic states in a magnetic field, can provide valuable information on the electronic states very close to the Fermi level. This method is insensitive to the sample surface condition, as quantum oscillations are observed in bulk properties such as electrical resistance, magnetization, etc. Furthermore, its energy resolution is higher than that of photoelectron spectroscopy, allowing us to probe the detailed structure of the Fermi surfaces. On the other hand, owing to the geometrical structure of the Fermi surface, electrons have characteristic orbits on the Fermi surface in a magnetic field. This orbital motion causes oscillations in the resistance as a function of the magnetic field orientation. This is called the angle-dependent magnetoresistance oscillation, and the measurement has recently been established as a method to determine the Fermi surface structure in detail. The Fermi surface structure is closely related to the mechanisms of various electronic phase transitions such as superconductiviting, density wave, and electron nematic transitions. Therefore, it is very important to know the detailed structure of Fermi surfaces in order to determine the origin of electronic phase transitions. This Lecture Note focuses on these measurements and examines how the detailed structure of Fermi surfaces can be determined. Most of the content is described for low-dimensional conductors with simple Fermi surface structures. However, the content is also applicable to conductors with complex three-dimensional Fermi surface structures. This Lecture Note is written for students who have studied elementary solid-state physics after mastering quantum mechanics and statistical mechanics. The chapters contain many appendices for a better understanding. If you wish to have a general overview of the content, you can skip the appendices. It is hoped that this Lecture Note will be of assistance to those beginning their studies in this research area. The author would like to thank Prof. Toshihito Osada (University of Tokyo) for his advice on the content of Chap. 4. The author would also like to thank the members of the University of Tsukuba Press for their advice. I am grateful to Mr. Kyohei Morisada (University of Tsukuba) for careful proofreading.

این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:

Download: Fermiology

نظرات کاربران

  •  چنانچه دیدگاه شما توهین آمیز باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه دیدگاه شما جنبه تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بیشتر بخوانید

X
آموزش نقاشی سیاه قلم کلیک کنید