Способ определения спектра квазичастиц в проводниках

 

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к технике спектроскопии квазичастичных возбуждений в твердых телах. Цель изобретения - повышение информативности способа путем разделения вкладов совместно действующих разных типов процессов рассеяния электронов и типов рассеивателей с различными характерными частотами релаксации. Способ определения спектра квазичастиц в проводниках включает создание точечного контакта проводников с характерным размером, меньшим или равным длине энергетической релаксации, приложение разности потенциалов к контакту, соответствующей значениям характерных энергий квазичастных возбуждений, и воздействие на точечный контакт электромагнитным излучением, частота которого превышает частоту релаксации F<SB POS="POST">P</SB> квазтчастичных возбуждений. При этом частота электромагнитного поля удовлетворяет условию F = (3-5)F<SB POS="POST">P</SB>, а измерения нелинейностей вольт-амперной характеристики точечного контакта проводят по частоте F. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

„.SU„„345241

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51) 5 H О1 L 39/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТЙРЫТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР.(46) 30.09,90.Бюл. Ф 36 (2Г) 4144265/31-25 (22) 10,11.86 (71) физико-технический институт низких температур АН УССР (72) И.К.Янсон, О.П.Балкашин и Ю.А.Пилипенко (53) 535.232.61 (088,8) (56) Лэмб Д, и Джеклевик Р,К. Молекулярные возбуждения в барьерах I II. В кн, Тунельные явления в твердых телах. М,: Мир, 1973, с.223-243.

Свистунов В,М. и Белоголовский М.А.

Туннельная спектроскопия кваэичастичных возбуждений в металлах. — Киев1

Наукова думка, 1986, с,23 41, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРА КВАЗИЧАСТИЦ В ПРОВОДНИКАХ (57) Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к технике спектроскопии квазичастичных возбуждений в твердых телах.

Цель изобретения — повышение информативности способа путем разделения

Изобретение относится к технике спектроскопии квазичастичных возбуждений в твердых телах и может быть использовано при исследовании свойств новых материалов, применимых для создания приборОв в радиоэлектронной, измерительной и вычислительной технике °

Цель изобретения - повышение информативности путем разделения вкладов совместно действующих разных типов процессов рассеяния электронов и типов рассеивателей с различными .характерными частотами релаксации. вкладов совместно действующих раз" ных типов процессов рассеяния элект" ронов и типов рассеивателей с различными характерными частотами релаксации, Способ определения спектра квазичастиц в проводниках включает создание точечного контакта проводников с характерным размером, меньшим или равным длине энергетической релаксации, приложение разности по" .тенциалов к контакту, соответствующей значениям характерных энергий квазичастичных возбуждений, и воздействие на точечный контакт электромагнитным излучением, частота которого превышает частоту реЛаксации f > квазичастичных возбуждений. При этом частота электромагнитного поля удовлетворяет условию f=(3"5)fp а измерения нелинейностей вольт-амперной характеристики точечного контакта проводят по частоте f. 1 s,ï, ф-лы, 2 ил, 2

К)

На фиг.1 изображена установка, реализующая предлагаемый способ, схема.

1»»»4

Способ осуществляют следующим образом, Образец 1, находящийся в низкотемпературном устройстве 2, включен цо четырехзондовой схеме в измерительное,фЭ» устройство. В токовой цепи имеется источник постоянного тока смещения с источником 3 и регулятором 4. Для облучения образца 1 имеется источник

5 излучения. В потенциальной цепи имеется миллчвольтметр 6 и измеритель

3 ",145241 детектор 7 сигнала, пропорционального второй производной ВАХ, Образец 1, представляющий микро сужение в исследуемом проводнике, 5 изготавливают непосредственно в низ" котемпературнои устройстве 2 известным способом. С помощью специального устройства приводят в контакт в жидком гелии предварительно приготовлен- 1О ные и смонтированные электроды и получают точечный контакт (ТК).

; Варьируя усилие. прижима электродов и/или иесто их касания, получают ТК, ; удовлетворяющий условию микроконтакт" 15 ной (МК) спектроскопии d < Л, где

; d — размер иикросужения, А ". энерге. тическая длина релаксации электрона, Простым и надежным тестом ТК на это условие является вид ВАХ ТК.

Удовлетворяющий этому условию кон такт ииеет. нелинейную.ВАХ металличас кого типа причем Ro «1,3R,где Ro- сопротивление ТК при нулевом напря жении смещений; R „ — сопротивление 25 при напряжениях, вдвое превышающдм напряжение, соответствующее краю фоионного спектра электронов (60100 мВ). °

Через полученный контакт от ис точника 3 пропускают ток, медленно изменяющийся регулятором 4. Ток соз-. дает на ТК медленно изменяющуюся разность потенциалов от нуля до величин, .соответствующих значениям характерных энергий квазичастичных возбуждений, :Эти величины по порядку величины из1 вестны и находятся в интервале 10"

100 мВ. Одновременно с постоянным напряжением на ТК 1 подают электро1 40 магнитное излучение от источника 5.

Частоту излучения f при этом устанавливают выше частоты релаксации Ер квазичастиц в соответствии с условием f=)3-5)f(, частота f р для определенного сорта квазичастиц считается известной. Излучение наводит в проводнике переменный ток и приводит дополнительно к осциллирующей неравновесности электронной подсистемы, При этом амплитуда осциллирующей час- 50 ти неравновесной функции распределения квазичастиц, рождаемых электронами, зависит от соотношения частоты осцилляций электронной. подсистемы и . частоты релаксации квазичастичной подсистемы и уменьшается, когда час" тота осцилляций начинает превышать частоту релаксации. Вместе с ней уиеньвается и та часть детектируемо« го сигнала, которая обусловлена рассеяниеи электронов на неравновесных квазичастицах. Это приведет к зависимости величины нелинейности ВАХ от частоты излучения. Нелинейность

ВАХ на частоте излучения определяют путем выделения из отклика образца на внешнее излучение сигнала, пропорционального второй производной ВАХ, и измерения его с помощью соответствующего детектора 7, На фиг,2 показана эволюция МКспектра ЭФВ d> r/dV (Ч}, характерного для благородных металлов (Cu,Ag,Au, имеющих Е р 10 Гц для фононов) в частотном диапазоне 10 -10 Гц. Шкала частот (.см, фиг.2) дана в логарифмическом масштабе, В области микросужения в данном случае протекают два типа процессов рассеяния электронов: процесс релаксации электронов путем спонтанной генерации фононов и процессы релаксации фононов на электронах, реабсорбция фононов, Этот суммарный процесс неупругого рассеяния электронов приводит к нелинейности ВАХ. Можно выделить характерные области частот, где проявление этого суммарного процесса имеет качественные различия: К «f р — оба типа процессов рассеяния дают вклады в нелинейности ВАХ; f « f < — вклад процессов реабсорбции резко уменьшается, что четко проявляется в уменьшеении сигнала при смещениях eV>hûo и, следовательно, спектр ЭФВ проявляется в чистом виде; f » f <, уменьшение вклада процессов реабсорбции уже достигло своего предельного значения, однако спектр ЭФВ начинает искажаться по причине изменения кинетики спонтанной генерации фононов, Оптимальное соотношение частот

f=(3-5)fp, установленное экспериментально, соответствует уменьшению вклада процессов реабсорбции в 10 раз, что позволяет наблюдать слектр практически в неискаженном виде.

Понижение частоты относительно оптимума приводит к возрастанию вклада процессов реабсорбции и усилению. искажения спектра. При повышении частоты f сказывается другая причина искажения спектра — изменение кинетики процессов испускания электронами неравновесных кваэичастиц. Поэтому частота электромагнитного излучения

5 14524 не должна превышать величину 0,1eVt

/h - 10 Гц,где еЧ„" максимальная энергия кваэичастиц), которая составляет {10-100) f

Следовательйо, если зависимость измеряемого сигнала от постоянного напряжения U на контакте дает информацию.о спектральной плотности квазичастичных возбуждений, то развертка по частоте f дает информацию о вкладах возбуждений с различными временами релаксации, Тем самым повышается информативность способа MK-ñïåêòðîскопии

Использование предлагаемого способа обеспечивает все преимущества способа MK-спектроскопии: относительная простота технической реализации, широкий круг материалов, доступный исследованию, потребность для исследования малых количеств вещества.

Кроме того, этот способ позволяет разделять вклады процессов неупругого рассеяния кваэичастичных возбуждений, находящихся в одном энергетическом диапазоне и различающихся по временам релаксации. Это отличие повышает информативность способа путем повышения точности определения микрокон,тактных спектров, воэможности идентификации и обнаружения новых механизмов неупругого рассеяния, возможности работы с объектами, имеющими сложную совокупность возбуждений с целью обнаружения и исследования новых кинетических явлений.

Формула. изобретения, 1. Способ Ьпределения спектра кваэичастиц в проводниках, состоящий в создании точечного контакта этих проводников с характерным размером мнкросужения, меньшим или равным длине энергетической релаксации " электронов, создании на точечном контакте разности потенциалов, соответствующей значениям характерных энергий хваэичастичных возбуждений, и изиерении нелинейностей вольтамперной характеристики, о т л и « ч .а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности путем раз- . деления вкладов совместно действующих разных типов процессов рассеяния электронов и типов. рассеивателей с различными характерными частотами релаксации, на точечный контакт одновременно с постоянным напряжением воздействуют электромагнитным полем, частота f которого превышает частоту релаксации Г квазичастичных возбуждений, и измеряют нелинейности вольтамперной характеристики на частоте f

2. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что частота f элект" ромагнитного поля удовлетворяет ус" . ловию

f = (3-5) 1452411

Составитель П.Вахтйн

Редактор С.Рекова Техред И.Ходинич Корректор В.Ги няк

«ЮВМЭЭ43В«Ф «««ЬВ Й« ектор . рняк

«« «

Заказ 3335, Тираж 442 " Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

««

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная 4 б ул. роектная,