Magnetic Quantum Effects in Electronic Semiconductors at Microwave-radiation Absorption

Abstract

Simulation of the temperature dependence on the microwave magnetoabsorption oscillations in electronic semiconductors is conducted using the Gaussian function and derivative of the Fermi-Dirac function by energy. Gaussian distribution function and derivative of the Fermi-Dirac function by energy are compared at different temperatures. It is shown that the distribution of the Gauss function is much more efficient and more rapidly tends to an ideal Dirac δ-function than the derivative of the Fermi-Dirac function by energy. The temperature dependence of the spectral density of states in semiconductors is calculated at quantizing magnetic fields. An analytical expression is obtained for the density of states in a quantizing magnetic field for narrow-gap semiconductors. Graphs of the temperature dependence of the density of states for InAs are constructed in a quantizing magnetic field. Oscillations of the absorption of microwave radiation in semiconductors are considered at different temperatures. A new mathematical model has been created for microwave absorption oscillations in narrow-band semiconductors. Using this model, the dependence of quantum oscillation phenomena on microwave absorption and temperature is calculated in electron gases. Graphs of oscillations of the derivative of the absorbed power by the magnetic field strength are obtained for InAs. A three-dimensional image of the absorption of microwave radiation for semiconductors has been constructed with the Kane dispersion law. The microwave magnetoabsorption oscillation was calculated in narrow-gap electronic semiconductors at different temperatures using the Gauss function. Formula for the dependence of the microwave magnetoabsorption oscillations on the electric field strength of an electromagnetic wave and temperature is obtained with the parabolic and Kane dispersion law. The calculation results are compared with experimental data. The proposed model explains the experimental results in HgSe at different temperatures.

Моделювання температурної залежності НВЧ магнітопоглинання в електронних напівпровідниках проводиться за допомогою функції Гауса і похідної функції Фермі-Дірака. Функція розподілу Гауса і похідна функції Фермі-Дірака за енергією порівнюються при різних температурах. Показано, що розподіл функції Гауса набагато ефективніший і швидше прямує до ідеальної δ функції Дірака, ніж похідна функції Фермі-Дірака за енергією. Розраховано температурну залежність спектральної щільності станів у напівпровідниках при квантуванні магнітних полів. Отримано аналітичний вираз для густини станів у квантованому магнітному полі для вузькозонних напівпровідників. Побудовано графіки температурної залежності щільності станів для InAs від магнітного поля. Розглядаються коливання поглинання НВЧ-випромінювання в напівпровідниках при різних температурах. Створено нову математичну модель для поглинання НВЧ коливань у вузькосмугових напівпровідниках. Використовуючи цю модель, розрахована залежність квантових коливань від поглинання мікрохвиль і температури електронного газу. Для InAs отримані графіки коливань похідної поглиненої потужності від напруженості магнітного поля. Тривимірне зображення поглинання мікрохвильового випромінювання для напівпровідників було побудовано за допомогою закону дисперсії Кена. У вузькозонних електронних напівпровідниках при різних температурах з використанням функції Гауса розраховували НВЧ магнітопоглинання. Формулу для залежності НВЧ-магнітоадсорбційних коливань від напруженості електричного поля електромагнітної хвилі та температури отримано за допомогою параболічного та дисперсійного законів Кена. Результати розрахунків порівняно з експериментальними даними. Запропонована модель пояснює результати експерименту в HgSe при різних температурах.