Эффективная масса

Эффективная масса, величина, имеющая размерность массы, характеризующая динамические свойства квазичастиц. Например, движение электрона проводимости в кристалле под действием внешней силы F и сил со стороны кристаллической решётки (см. Твёрдое тело, Зонная теория) может быть описано как движение свободного электрона, на который действует только сила F (закон Ньютона), но с Э. м. m*, отличной от массы m свободного электрона. Это отличие отражает взаимодействие электрона проводимости с решёткой. Э. м. определяется соотношением:

,  (1)

  где x — энергия, р — квазиимпульс электрона проводимости. Если зависимость x(р) (закон дисперсии) анизотропна, то Э. м. представляет собой тензор (тензор обратной массы):

   (2)

  Это означает, что ускорение электрона в решётке в общем случае направлено не параллельно внешней силе F. Оно может быть направлено даже антипараллельно F, что соответствует отрицательному значению Э. м. Свойства электронов с отрицательной Э. м. столь отличаются от свойств обычных частиц, что оказалось удобнее рассматривать положительно заряженные дырки с положительной Э. м.

  При изучении гальваномагнитных явлений пользуются так называемой циклотронной Э. м. электронов и дырок

, (3)

  где S — площадь сечения изоэнергетической поверхности x(р) плоскостью, перпендикулярной магнитному полю Н. Наиболее важные методы определения Э. м. электронов проводимости и дырок — циклотронный резонанс, измерение электронной теплоёмкости и др.

  В теории квантовой жидкости для квазичастиц — фермионов с изотропным законом дисперсии Э. м. называется отношение:

m* = p₀/v₀   (4)

  где р₀ и v_o — абсолютные значения импульса и скорости квазичастиц при абсолютном нуле температуры, соответствующие Ферми энергии. Э. м. атома жидкого ³He: m* = 3,08 m₀, где m₀ — масса свободного атома ³He (см. Гелий).

  Понятие Э. м. обобщают для таких квазичастиц, как фононы, ротоны, экситоны и др. Во всех этих случаях имеет место соотношение (1).

 

  Лит. см. при ст. Квазичастицы.

  И. Каганов.