슈브니코프-더 하스 효과
슈브니코프-더 하스 효과(Shubnikov-de Haas Effect)는 저온에서 어떤 물질의 전기 전도도가 강한 자기장의 변화에 따라 진동하는 현상으로, 물질에 내재하는 양자 역학적 특성이 거시적으로 나타나는 것이다. 이 효과는 전하 캐리어 ( 전자 및 정공 )의 유효 질량을 결정하기 위하여 종종 사용되고, 이를 이용하면 다수 캐리어와 소수 캐리어를 서로 구분할 수 있다.
물리적 절차
[편집]충분히 낮은 온도와 높은 자기장에서, 금속, 반금속, 및 밴드 갭이 작은 반도체 등의 전도대에 있는 자유 전자는 단순 조화 진동자처럼 거동한다. 자기장의 강도가 변화하면 단순 조화 진동자의 진동 주기는 그에 비례하여 변화한다. 그 결과 에너지 스펙트럼은 사이클로트론 에너지의 간격을 갖는 란다우 레벨로 구성된다. 이 란다우 레벨은 제이만 에너지 만큼 더욱 분리된다. 란다우 레벨 각각에서 사이클로트론 및 제이만 에너지 준위와 전자의 상태수(eB/h)는 자기장 세기의 증가에 따라 비례하여 증가한다. 따라서 자기장의 세기가 증가하면, 스핀-분할된 란다우 레벨은 보다 높은 에너지 쪽으로 이동한다. 에너지 준위가 페르미 에너지를 통과하면, 전자들이 자유전자를 이루어 전류를 형성하게 되어 전자의 수가 감소하게 된다. 이로 인하여 물질의 수송 및 열역학적 특성이 주기적으로 진동하여 재료의 전도율을 측정하면 진동이 발생한다. 페르미 '경계'를 통과하는 천이가 작은 에너지의 범위에 걸쳐서 일어나기 때문에, 그 파형은 정현파(사인파)가 아닌 형태를 보이고, 온도가 낮아짐에 따라 더욱 사각형에 가까운 형태가 된다.
관련된 물리 절차
[편집]이 효과와 유사한 것으로, 자화에서의 진동 현상인 드하스-판알펜 효과(de Haas-van Alphen effect)가 있다.[1] 이들 효과에서는 전도율과 자화율을 자기장의 역수에 대한 함수로 표현하면, 주기적인 파형의 특징을 보여준다. 자기저항 진동의 "주파수"는 페르미 표면을 둘러싼 외부 궤도의 면적을 나타내는데, 페르미 표면의 면적은 테슬라 단위로 표현된다.
이 효과는 반더르 요하너스 더 하스와 레프 슈브니코프의 이름을 따서 명명되었다.
각주
[편집]- ↑ Aschcroft, Neil W.; Mermin, N. David (1976). 《Solid State Phyiscs》. Holt, Rnehart and Winston. 264-270쪽.
참고 문헌
[편집]- Schubnikow, L.; de Haas, W.J. (1930). “Magnetische Widerstandsvergrösserung in Einkristallen von Wismut bei tiefen Temperaturen” [Magnetic resistance increase in single crystals of bismuth at low temperatures] (PDF). 《Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Science》 (독일어) 33: 130–133.
- Schubnikow, L.; de Haas, W.J. (1930). “Neue Erscheinungen bei der Widerstandsänderung von Wismuthkristallen im Magnetfeld bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff (I)” [New phenomena in the change in resistance of bismuth crystals in a magnetic field at the temperature of liquid hydrogen (I)] (PDF). 《Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Science》 33: 363–378.
- Schubnikow, L.; de Haas, W.J. (1930). “Neue Erscheinungen bei der Widerstandsänderung von Wismuthkristallen im Magnetfeld bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff (II)” (PDF). 《Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Science》 33: 418–432.
- Schubnikow, L.; de Haas, W.J. (1930). “Die Widerstandsänderung von Wismuthkristallen im Magnetfeld bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff” [The change in resistance of bismuth crystals in a magnetic field at the temperature of liquid nitrogen] (PDF). 《Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Science》 33: 433–439.
