Techniklexikon

Zyklotronresonanz

Festkörperphysik, Übergang zwischen zwei magnetfeldinduzierten Eigenzuständen in einem Ladungsträgersystem. Ein externes Magnetfeld führt insbesondere in Festkörpern zur Kondensation der Energiebandstruktur eines Ladungsträgersystems in äquidistante diskrete Energieniveaus, die sog. Landau-Niveaus. Im Falle eines dreidimensionalen Ladungsträgersystems stellen diese Landau-Niveaus Röhren entlang der Magnetfeldrichtung dar, in einem zweidimensionalen Ladungsträgersystem allgemein klassische Kreisbahnen in der Ebene senkrecht zum Magnetfeld.

Die Zyklotronresonanz in Metallen wird auch als Azbel-Kaner-Resonanz bezeichnet. Dabei wird das Metall innerhalb eines Hohlraumresonators mit einer elektromagnetischen Mikrowelle im GHz-Bereich bestrahlt und die Absorption oder Reflexion der Mikrowelle bzw. die Oberflächenimpedanz der Metallprobe in Abhängigkeit von einem variablen Magnetfeld gemessen, das parallel zur Metalloberfläche gerichtet ist. Dabei dringt die Mikrowelle nur in eine etwa 10^-5 cm dicke Schicht unterhalb der Metalloberfläche ein (Skineffekt), die bei Magnetfeldern von 0,01-0,5 T wesentlich kleiner ist als der Bahndurchmesser eines rotierenden Elektrons (siehe Abb.). Die Azbel-Kerner-Resonanz wird nur durch solche Elektronen hervorgerufen, die die Skinschicht mehrmals hintereinander durchfliegen, ohne dazwischen im Innern oder an der Oberfläche des Metalls gestreut zu werden. Deshalb ist diese Zyklotronresonanz nur in sauberen Metall-Einkristallen mit einer sehr gut polierten Oberfläche bei tiefen Temperaturen um 4 K möglich.

Die Zyklotronresonanz stellt ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung der Fermi-Flächen von Metallen bzw. zur Bestimmung der Zyklotronmasse m_Z eines Systems dar, da sich diese aus der Zyklotronresonanzfrequenz w_Z = eB / m_Z leicht bestimmen lässt.

Zyklotronresonanz: Bahn eines zyklotronresonanten Elektrons im Metall (Azbel-Kaner-Resonanz).