Плазма твёрдых тел

Пла́зма твёрдых тел

Условный физический термин, означающий совокупность подвижных заряженных частиц в твёрдых проводниках (электронов проводимости в металлах (См. Металлы) или электронов и дырок в полупроводниках (См. Полупроводники)) в таких условиях, когда их свойства близки к свойствам плазмы (См. Плазма) (см. рис.). Например, под воздействием высокочастотного электромагнитного поля, частота которого ω значительно больше, чем частота столкновений электронов, коллективные (плазменные) эффекты играют в свойствах проводников бо́льшую роль, чем столкновения электронов друг с другом, с Фононами, примесями и др. дефектами в кристаллах (См. Дефекты в кристаллах). Это позволяет перенести представления, созданные при исследовании плазмы, в физику твёрдого тела (См. Твёрдое тело). Главное отличие П. т. т. от газовой плазмы — значительно бо́льшая концентрация n заряженных частиц. В газовой плазме п ~ 1012см-3, в металлах n ~ 1022—1023см-3, в полупроводниках n ~1015 — 1017см-3. Это приводит к различию всех характеристик П. т. т. и газовой плазмы. Например, плазменная частота (частота собственных колебаний плазмы, см. Плазмон) пропорциональна √n, поэтому она для П. т. т. существенно больше, чем для газовой плазмы. Особенностью П. т. т. является то, что она может быть заряженной. Плазменные эффекты в твёрдых телах (особенно в полупроводниках) используются для создания приборов высокочастотной техники.

Лит.: Бауэрс Р., Плазма в твердых телах, в сборнике: Физика твердого тела. Электронные свойства твердых тел, пер. с англ., М., 1972. См. также лит. при ст. Твёрдое тело.

М. И. Каганов.

Схематическое изображение: вверху — газовой плазмы; в центре — электронной плазмы в металле; внизу — электронно-дырочной плазмы в полупроводнике. Заштрихованные частицы — нейтральные атомы; чёрные кружочки — подвижные электроны; большие белые кружочки со знаком плюс — ионы, маленькие — дырки проводимости.