←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ...
уменьшится. Электрон, находящийся в
более высоком состоянии, почти немедленно переходит в одно из
более низких состояний. Каждый раз, когда электрон совершает
этот переход, существует некоторая вероятность того,что он пе-
рейдет в состояние, в котором невозможно поглощение света. При
достаточном времени почти все электроны перейдут в такое
состояние. Пар, про который тогда говорят, что произошла его
полная накачка, относительно прозрачен для света.
Если затем параллельно лучу света наложить ВЧ-поле, то оно
перебросит электроны, изменяя при этом их спиновый угловой мо-
мент. Фактически РЧ-поле заставляет электроны перебрасываться
из одного более низкого состояния в другое, "расстраивая" оп-
тическую накачку. Как следствие, пар вновь начинает поглощать
свет. Радиочастотные и оптические эффекты объединяются, давая
особенно острый резонанс, и именно на этом резонансном явлении
работает магнитометр с оптической накачкой.
Энергия, требуемая для опрокидывания спина электрона, и,
следовательно, частота ВЧ-поля, зависят от силы магнитного по-
ля. В магнитометре контур обратной связи управляет радиочасто-
той для поддержания минимального пропускания света. Таким об-
разом, частота как бы служит мерой магнитного поля. Магнито-
метр с оптической накачкой измеряет общее магнитное поле любой
ориентации в отличие от большинства магнитометров, которые из-
меряют только составляющую магнитного поля, лежащую вдоль
чувствительной оси.
Чувствительность и динамический диапазон этого магнитомет-
ра подобно большинству магнитометров определяется регистрирую-
щей электроникой. Типичные значения чувствительности прибора
имеют предел от 10Е-14 до 10Е-6 А/м.
Датчик имеет большие габариты и высокое потребление мощ-
ности (несколько ватт). Конструкция оптического магнитометра
показана на рис. 1.5.
1.2.4. Ядерный прецессионный магнитометр.
В ядерном прецессионном магнитометре используется реакция
ядер атомов в жидких углеводородах, например бензоле, на воз-
действие магнитного поля. Протоны в ядрах атомов можно
рассматривать как малые магнитные диполи; поскольку они враща-
ются и обладают электрическим зарядом, у них есть небольшой
магнитный момент, подобный в некоторых отношениях угловому мо-
менту вращающегося гироскопа. С помощью однородного магнитного
поля, создаваемого при прохождении тока через катушку, протоны
в жидкости могут быть временно выстроены в ряд. Когда поляри-
зационный ток выключается, происходит прецессия протонов от-
носительно окружающего магнитного поля. Ось спина протона, не
выстроенного постоянным магнитным полем, подобно оси гироскопа
вне линии гравитационного поля, проходит по окружности относи-
тельно линии, параллельной полю. Скорость прохождения, называ-
емая частотой прецессии, зависит от силы измеряемого магнитно-
го поля. Прецессирующие протоны генерируют в катушке сигнал,
частота которого пропорциональна величине магнитного поля.
Конструкция этого магнитометра показана на рис. 1.6.
Ядерный прецессионный магнитометр имеет диапазон чувстви-
тельности от 10Е-13 до 10Е-4 А/м, а их частотный диапазон ог-
раничен стробирующей частотой жидкого водорода.
1.2.5. СКВИД-датчик.
Сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД)
является самым чувствительным датчиком магнитного поля. Это
устройство основано на взаимодействии электрических токов и
магнитных колебаний, наблюдаемых при охлаждении материала ниже
температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Конструкция
датчика приведена на рис. 1.7.
Если линии магнитного поля проходят через кольцо из сверх-
проводящего материала то в нем индуцируется ток. При
отсутствии возмущений ток будет протекать сколько угодно дол-
го. Величина индуцированного тока является весьма чувствитель-
ным индикатором плотности потока поля. Кольцо может реагиро-
вать на изменение поля, соответствующее долям одной квантовой
единицы магнитного потока. При наличии в кольце тонкого пере-
хода (переход Джозефсона) в нем наблюдаются колебания тока.
Кольцо соединяют с ВЧ схемой, которая подает известное поле
смещения и детектирует выходной сигнал. При взаимодействии
двух двух волн образуется итерференционные полосы, подобно
световым волнам. Подсчет полос позволяет с высокой точностью
определить величину магнитного поля.
Кольцо изготавливают из свинца или ниобия диаметром
несколько миллиметров. Для увеличения чувствительности его
иногда включают в более крупную катушку. Диапазон измеряемых
полей равен от 10Е-16 до 10Е-10 А/м.
1.2.6. Магниторезисторы.
Магниторезисторами называют полупроводниковые приборы,
сопротивление которых меняется в магнитном поле. Поскольку эф-
фект магнитосопротивления максимален в полупроводнике не огра-
ниченом в направлении перпендикулярному току, то в реальных
магниторезисторах стремятся максимально приблизится к этому
условию. Наилучшим типом неограниченного образца является диск
Карбино (см. рис. 1.8а).
Отклонение тока в таком образце при отсутствии магнитного
поля нет и он направлен строго по радиусу. При наличии поля
путь носителей заряда удлиняется и сопротивление увеличива-
ется. Другой структурой магниторезистора является пластина ши-
рина которой много больше длины (рис. 1.8б). Эти две структуры
обладают наибольшим относительным изменением сопротивления в
магнитном поле. Однако их существенным недостатком является
малое абсолютное сопротивление при B=0, что обусловлено их
конфигурацией. Для увеличения R применяют последовательное
соединение резисторов. Например, в случае пластины использу-
ется одна длинная пластина из полупроводника с нанесенными ме-
таллическими полосками, делящими кристалл на области длина ко-
торых меньше ширины. Таким образом, каждая область между по-
лосками представляет собой отдельный магниторезистор.
Магниторезисторы обладают довольно большой чувствитель-
ностью. Она лежит в пределах от 10Е-13 до 10Е-4 А/м. Наиболь-
шей чувствительностью обладают магниторезисторы изготовленные
из InSb-NiSb.
1.2.7. Магнитодиоды.
Магнитодиод представляет собой полупроводниковый прибор с
p-n переходом и невыпрямляющими контактами, между которыми на-
ходится область высокоомного полупроводника. Структура и ти-
пичная ВАХ "торцевого" магнитодиода приведена на рис. 1.9.
Действие прибора основано на магнитодиодном эффекте. В
"длинных" диодах (d/L >> 1, где d - длина базы, L - эффективн-
ная длина дифузионного смещения ) распределение носителей, а
следовательно сопротивление диода (базы) определяется длиной L
Уменьшение L вызывает понижение концентрации неравновесных
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ...
|
|