高频强电磁场作用下二维电子气的运动特性研究

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1、分类号：密级：UDC:编号：河北工业大学硕士学位论文高频强电磁场作用下二维电子气的运动特性研究论文作者：韩培青学生类别：全日制学科门类：理学硕士学科专业：物理学指导教师：赵培德职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金(A2013202267)；河北省高校科学技术研究重点项目（ZD2015034）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofCondensedPhysicsStudyonthemotioncharacteristicsofthetwo-dimensionalelectro

2、nicgasunderstrongelectromagneticfieldwithhighfrequencybyHanPeiqingSupervisor:Prof.ZhaoPeideNovember2016ThisworkwassponsoredbytheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(No.A2013202267)andKeyprojectofscientificandtechnicalresearchinHebeiProvince(No.ZD2015034).摘要在光与物质相互作用的研究中展现了许多新的现象，如二维电子气在微波辐

3、射下出现阻力振荡和零电阻状态；被光辐射的二维电子气的导电性出现了大幅的增加，可以达到未被辐射时电导率的许多倍数；飞秒光丝中发现有太赫兹辐射；在外加磁场和微波的同时作用下等，电子气会出现微波的高次谐波等。这些现象与研究结果均与电磁场与电子的相互作用有关。鉴于目前实现单一高强度磁场的技术难度和局限性，本文根据超短超强脉冲激光可以实现强磁场的特点，同时考虑到激光电、磁场的右旋以及正交性，在建立了相应经典动力学方程的基础上，重点研究了电子在恒定电、磁场、连续激光以及脉冲激光等三种作用情况下相应动力学方程的解析求解，分析了相应电子的运动特性。论文取得以下主要成果。1.在恒定且正交的电、磁场

4、作用下，得出电子的运动为二维运动特征，并数值模拟给出了二维运动的曲线。数值上分析了电子回旋频率与光的强度之间的关系。根16202据计算得知：当光的强度达到9×10-9×10W/m时，电子的回旋频率处于太赫兹波频率范围。当飞秒激光达到此强度范围时可以使空气电离，形成飞秒光丝。这一数值分析结果或许可以用于解释飞秒光丝中出现的太赫兹辐射现象。当光的强度达到1.7425252×10-6.32×10W/m时，回旋频率的峰值处于可见光频范围，即自由电子在强光作用下辐射可见光波。2.通过解析求解的方式研究了电子在连续激光作用下相应动力学方程，得到了该方程的一个严格解析解。该解析解显示：电子的回

5、旋频率以激光的频率做简谐变化，同时电子回旋频率的峰值与激光的电场峰值成正比。另外，根据数值模拟的结果显示：在连续激光作用下，随着激光的强度增加，电子在电场方向的振动频率出现了激光频率的高次倍频现象。这一结果或许可以用于探讨高次谐波产生的微观机制问题。根据对二维电子气电阻率的进一步数值模拟显示：二维电子气的电阻率会周期性地出现零的特性。3.以高斯脉冲激光为例，进一步研究了脉冲激光作用下二维电子气的运动特性，并得到了在高斯脉冲激光作用下电子在电场方向振动速度的一个严格解析解。根据对相应二维电子气的电阻率的数值模拟显示：随着电子回旋频率的峰值与激光频率的比值不同，即对于固定频率的脉冲激

6、光而言，二维电子气在一个脉冲范围内的电阻率表现出的特性差异很大。上述结果对进一步分析超快强激光对物质的相互作用具有一定的参考意义。关键词：电磁场,二维电子气，运动特性，电阻率IABSTRACTManynewphenomenaarespringingupinstudyingtheinteractionbetweenlightandmatter,suchasresistanceoscillationandthezeroresistancestateoftwo-dimensionalelectrongaswhenradiatedbymicrowave;Theelectroconduct

7、ivityoftwo-dimensionalelectrongasradiatedbystronglightincreasedsubstantially,whichcanbeuptomanytimesofthatwithoutradiation;Higherorderharmonicofmicrowaveappearswhentheelectrongasradiatedbymagneticfieldandmicrowave.Thesephenomenaandresearchres