Циклотронный резонанс, избирательное поглощение электромагнитной энергии носителями заряда в проводниках, помещенных в магнитное поле при частотах, равных или кратных их циклотронной частоте. При циклотронном резонансе наблюдается резкое возрастание электропроводности проводников. В постоянных электрическом Е и магнитном Н полях носители тока – заряженные частицы – движутся под действием Лоренца силы по спиралям, оси которых направлены вдоль магнитного поля (рис. 1). В плоскости, перпендикулярной магнитному полю, движение является периодическим с циклотронной частотой W; если при этом на частицу действует однородное периодическое электрическое поле Е частоты w, то энергия, поглощаемая ею, также оказывается периодической функцией времени t с угловой частотой, равной разности частот: W-w. Поэтому средняя энергия, поглощаемая за большое время, резко возрастает в случае w = W. Увеличение энергии частицы приводит к росту диаметра орбиты и к появлению добавочной средней скорости частиц dv, т. е. к росту электропроводности, пропорциональной Nev/E (N – концентрация носителей тока).

Периодическому движению носителей в магнитном поле соответствует появление дискретных разрешенных состояний (уровней Ландау) с условием квантования: Ф=(n+1/2)Ф₀, где Ф – поток магнитного поля, охватываемый движущимся зарядом, Ф₀=ch/2e – квант магнитного потока (h – Планка постоянная), n – целое число. Частота квантовых переходов между соседними эквидистантными уровнями и есть циклотронная частота. Т. о., циклотронный резонанс можно трактовать как возбуждение внешним переменным полем переходов носителей тока между уровнями Ландау.
Циклотронный резонанс может наблюдаться, если носители тока совершают много оборотов, прежде чем испытают столкновение с др. частицами и рассеются. Это условие имеет вид: Wt > 1, где t – среднее время между столкновениями (время релаксации), определяемое физическими свойствами проводника. Например, в газовой плазме – это время между столкновениями свободных электронов с др. электронами, с ионами или нейтральными частицами. В твёрдом проводнике определяющую роль играют столкновения электронов проводника с дефектами кристаллической решётки (t = 10^-9-10^-11 сек) и рассеяние на её тепловых колебаниях (электрон-фононное взаимодействие). Последний процесс ограничивает область наблюдения циклотронного резонанса низкими температурами (~1-10 К). Практически достижимые максимальные времена релаксации ограничивают снизу область частот (n = w/2p > 10⁹ Гц), в которой возможно наблюдение циклотронного резонанса в твёрдых проводниках.
Циклотронный резонанс можно наблюдать в различных проводниках: в газовой плазме (на электронах и ионах), в металлах (на электронах проводимости), в полупроводниках и диэлектриках (на неравновесных носителях, возбуждаемых светом, нагревом и т.д.), а также в двухмерных системах. Однако термин "циклотронный резонанс" утвердился главным образом в физике твёрдого тела, когда излучение среды, обусловленное квантовыми переходами между уровнями Ландау, отсутствует.

Если постоянное магнитное поле Н параллельно поверхности образца, то среди электронов есть такие, которые, хотя и движутся большую часть времени в глубине металла, где электрического поля нет, однако на короткое время возвращаются в скин-слой, где взаимодействуют с электромагнитной волной (рис. 2). Механизм передачи энергии от волны к носителям тока в этом случае аналогичен работе циклотрона; резонанс возникает, если электрон будет попадать в скин-слой каждый раз при одной и той же фазе электрического поля, что возможно при nW = w.

Исследование циклотронного резонанс является эффективным методом для определения свойств различных материалов. В первую очередь, ЦР используется для определения эффективных масс носителей.

По полуширине линии ЦР можно определить характерные времена рассеяния, и, тем самым, установить подвижность носителей.

По площади линии можно установить концентрацию носителей заряда в образце.

Циклотронный резонанс может наблюдаться, если носители заряда совершают много оборотов, прежде чем они рассеются. Это условие имеет вид ωcτ > 1, где τ — среднее время между столкновениями. В твёрдом теле основную роль играют рассеяние на дефектах решетки и рассеяние на фононах. Последний процесс накладывает ограничение на наблюдение ЦР низкими температурами T < 10 К для «нормальных» значений частот и магнитного поля (Циклотронный резонанс при комнатной температуре можно наблюдать в сверхсильных магнитных полях).