• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Спектри власних хвиль плазмового твердотільного циліндра в сильному поздовжньому магнітному полі

Рубрика: 
РАДІОФІЗИКА ТВЕРДОГО ТІЛА ТА ПЛАЗМИ
Аверков, ЮО, Прокопенко, ЮВ, Яковенко, ВМ
Organization: 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна

Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
4, пл. Свободи, Харків, 61022, Україна

Харківський національний університет радіоелектроніки
14, просп. Науки, Харків, 61166, Україна

E-mail: yuriyaverkov@gmail.com; prokopen@ire.kharkov.ua; yavm@ire.kharkov.ua

 
https://doi.org/10.15407/rej2021.02.037
Мова: українська
Анотація: 

Предмет і мета роботи. Дослідження власних хвиль різних обмежених структур є актуальним напрямом сучасної радіофізики, твердотільної та функціональної електроніки. Особлива увага приділяється провідним твердим тілам, в яких виявляються плазмові (напівпровідникові) властивості. Через високу провідність напівпровідників виникає інтерес до досліджень особливостей поширення повільних електромагнітних хвиль еліптичної поляризації – геліконів у замагнічених напівпровідникових хвилеводах. Мета роботи полягає у визначенні спектра власних хвиль плазмового твердотільного циліндра в сильному співвісному постійному магнітному полі.

Методи і методологія роботи. Теорію власних хвиль магнітоплазмового циліндра побудовано з використанням рівнянь Максвелла і руху електронів провідності твердотільної плазми за виконання умов квазістаціонарності електромагнітного поля. Частота зіткнень основних носіїв заряду передбачалася істотно меншою за їх циклотронну частоту.

Результати роботи. Отримано дисперсійне рівняння циліндричного плазмово-твердотільного (напівпровідникового) хвилеводу. Показано, що беззіштовхувальний магнітоплазмовий хвилевід підтримує поширення об’ємно-поверхневих геліконів. Їх поширення супроводжується поверхневим струмом уздовж твірних циліндра. Зіткнення заряджених частинок руйнують поверхневий струм і спричиняють утворення додаткових (відносно геліконів) гібридних хвиль H-типу. Виявлено ефект невзаємності власних хвиль хвилеводу з ідентичною структурою розподілу полів, але таких, що відрізняються напрямком поширення за азимутальною координатою, а також у разі зміни напрямку зовнішнього магнітного поля.

Висновок. Результати досліджень розширюють уявлення про фізичні властивості обмежених структур з плазмоподібними середовищами і систематизують знання про їх власні хвилі в умовах квазістаціонарності електромагнітного поля.
Ключові слова: власні об’ємно-поверхневі хвилі, гелікони, ефект невзаємності власних мод., магнітоплазмовий хвилевід, напівпровідниковий хвилевід

Стаття надійшла до редакції 08.02.2021
УДК 537.86; 621.372
Radiofiz. elektron. 2021, 26(2): 37-45
Повний текст (PDF)

References: 
  1. Barannik A., Cherpak N., Kirichenko A., Prokopenko Yu., Vitusevich S., Yakovenko V. Whispering Gallery Mode Resonators in Microwave Physics and Technologies. Inter. J. Microw. Wireless Technol. 2017. Vol. 9, Iss. 4. P. 781–796. DOI: https://doi.org/10.1017/S1759078716000787.
  2. Кириченко А.Я., Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф., Черпак Н.Т. Квазиоптические твердотельные резонаторы. Киев: Наукова думка, 2008. 286 c.
  3. Ильченко М.Е., Взятышев В.Ф., Гассанов Л.Г., Безбородов Ю.М., Бергер М.Н., Добромыслов В.С., Капилевич Б.Ю., Нарытник Т.Н., Фёдоров В.Б., Черний Б.С. Диэлектрические резонаторы. Под ред. М.Е. Ильченко. Москва: Радио и связь, 1989. 328 c.
  4. Дормидонтов А.В., Прокопенко Ю.В. Влияние индекса рефракции и температуры окружающей среды на собственные частоты квазиоптических цилиндрических диэлектрических резонаторов. Изв. Вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, № 6. С. 428–442.
  5. Кириченко А.Я., Лонин Ю.Ф., Папкович В.Г., Пономарев А.Г., Прокопенко Ю.В., Уваров В.Т., Филиппов Ю.Ф. Микроволновый генератор с резонатором «шепчущей галереи». Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследования. 2010. Вып. 53, № 2(66). С. 135–139.
  6. Августинович В.А., Артеменко С.Н., Мащенко А.И., Шлапаковский А.С., Юшков Ю. Г. Демонстрация усиления в диэлектрическом черенковском мазере со стержневой замедляющей системой. Письма в Журн. техн. физики. 2010. Т. 36, № 5. С 103–110.
  7. Дормидонтов А.В., Кириченко А.Я., Лонин Ю.Ф., Пономарев А.Г., Прокопенко Ю.В., Сотников Г.В., Уваров В.Т., Филиппов Ю.Ф. Автоколебательная система на основе диэлектрического резонатора с модами «шепчущей галереи». Письма в Журн. техн. физики. 2012. Т. 38, № 2. С. 65–73.
  8. Аверков Ю.О., Прокопенко Ю.В., Яковенко В.М. Спектры собственных волн анизотропного цилиндрического твердотельного волновода. Журн. техн. физики. 2019. Т. 89, № 1. С. 9–15. DOI: 10.21883/JTF.2019.01.46954.2438.
  9. Averkov Yu.O., Prokopenko Yu.V., and Yakovenko V.M. Interaction between a tubular beam of charged particles and an anisotropic dispersive solid-state cylinder. Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Plasma Electronics and New Methods of Acceleration. 2018. Iss. 10, No 4(116). P. 3–12.
  10. Averkov Yu.O., Prokopenko Yu.V., and Yakovenko V.M. Interaction between a tubular beam of charged particles and a dispersive metamaterial of cylindrical configuration. Phys. Rev. E. 2017. Vol. 96, Iss. 1. P. 013205(12 p.). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.013205.
  11. Скобов В.Г., Канер Э.А. Электромагнитные волны в металлах в магнитном поле. Успехи физ. наук. 1966. Т. 89, № 7, С. 367–408. DOI: 10.3367/UFNr.0089.196607b.0367.
  12. Максфилд Б. Геликоны в твердых телах. Успехи физ. наук. 1971. Т. 103, № 2. С. 233–273. DOI: 10.3367/UFNr.0103.197102b.0233.
  13. Канер Э.А. Геликон. Физическая энциклопедия. Т. 1. Москва: Сов. энцикл., 1988. С. 428.
  14. Константинов О.В., Перель В.И. Возможность прохождения электромагнитных волн через металл в сильном магнитном поле. Журн. эксперим. и теорет. физики. 1960. Т. 38, № 2. С. 161–164.
  15. Aigrain P. Les "Helicons" dans les semiconducteurs. Рrос. Int. Conf. on Semicond. Phys. (1960, Prague). 1960. P. 224 (in Czech).
  16. Bowers R., Legendy C., and Rose F. Oscillatory Galvanomagnetic Effect in Metallic Sodium. Phys. Rev. Lett. 1961. Vol. 7, N 9. P. 339–341. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.7.339.
  17. Белецкий Н.Н., Тетервов А.П., Яковенко В.М. Непотенциальные поверхностные волны в магнитоактивной плазме полупроводника. Физика и техн. полупроводников. 1972. Т. 6, № 11, С. 2129–2133.
  18. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. Москва: Физматлит, 2005. C. 293.
  19. Белецкий Н.Н., Светличный В.М., Халамейда Д.Д., Яковенко В.М. Электромагнитные явления СВЧ диапазона в неоднородных полупроводниковых структурах. Киев: Наукова думка, 1991. 215 с.
  20. Averkov Yu.O., Prokopenko Yu.V., Yakovenko V.M. Helicons in Solid-State Plasma of Cylindrical Configuration. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW 2020) (21–25 Sept. 2020): Kharkiv, 2020. DOI: 10.1109/UkrMW49653.2020.9252703.
  21. Левич В.Г. Курс теоретической физики. Москва: Наука, 1969. T. 1, C. 767.
  22. Кузелев М.В., Рухадзе А.А., Стрелков П.С. Плазменная релятивистская СВЧ-электроника. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 544 c.
  23. Физическая энциклопедия. Под ред. А.М. Прохорова. Москва: Науч. изд. "Большая Российская энциклопедия", 1994. 704 c.