Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка
При температуре жидкого гелия измерены микроконтактные (МК) спектры (вторые производные вольт- амперных характеристик) точечных гомоконтактов As/As. Наблюдалась инверсия знака МК спектра вследствие разрушения локализации электронов в контакте из мышьяка из-за электрон-фононного взаимодействия (ЭФВ)...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Физика низких температур |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128506 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка / А.В. Хоткевич, А.С. Красный // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 4. — С. 384–386. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-128506 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1285062018-01-11T03:03:12Z Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка Хоткевич, А.В. Красный, А.С. Электронные свойства проводящих систем При температуре жидкого гелия измерены микроконтактные (МК) спектры (вторые производные вольт- амперных характеристик) точечных гомоконтактов As/As. Наблюдалась инверсия знака МК спектра вследствие разрушения локализации электронов в контакте из мышьяка из-за электрон-фононного взаимодействия (ЭФВ). МК спектр содержит два основных максимума при энергиях 10 и 25 мэВ. Граница однофононной части спектра отвечает 34 мэВ. Это согласуется с известными результатами о плотности фононных состояний. Предполагая, что инверсный МК спектр отражает особенности спектральной функции ЭФВ, рассчитана среднеквадратичная частота фононов и получена оценка для температуры Дебая. При температурі рідкого гелію виміряно мікроконтактні (МК) спектри (другі похідні вольт-амперних характеристик) точкових гомоконтактів As/As. Спостерігалася інверсія знаку МК спектра внаслідок руйнування локалізації електронів у контакті з миш’яку через електрон-фононну взаємодію (ЕФВ). МК спектр містить два основних піки при енергіях 10 та 25 меВ. Межа однофононної частини спектра відповідає 34 меВ. Це узгоджується з відомими результатами щодо щільності фононних станів. Припускаючи, що інверсний МК спектр відображає особливості спектральної функції ЕФВ, підраховано середньоквадратичну частоту фононів і отримано оцінку щодо температури Дебая. Point-contact (PC) spectra (second derivatives of the current-voltage characteristics) of the point homocontacts As/As were measured at liquid He temperatures. Inversion of the PC spectrum sign was observed as a result of destruction of the electron localization inside the arsenic-based contacts caused by the electronphonon interaction (EPI). The PC spectrum is characterised by two dominant maxima at 10 and 25 meV. The boundary of single-phonon part of the spectrum corresponds to 34 meV. The latter is in agreement with known data on the phonon density of states in As. In assumption that the inversed PC spectrum reflects peculiarities of the EPI spectral function the mean square phonon frequency was calculated along with an estimated value of the Debye temperature. 2016 Article Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка / А.В. Хоткевич, А.С. Красный // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 4. — С. 384–386. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 63.20.–e, 73.40.Jn, 81.05.Bx http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128506 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронные свойства проводящих систем Электронные свойства проводящих систем |
| spellingShingle |
Электронные свойства проводящих систем Электронные свойства проводящих систем Хоткевич, А.В. Красный, А.С. Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка Физика низких температур |
| description |
При температуре жидкого гелия измерены микроконтактные (МК) спектры (вторые производные вольт-
амперных характеристик) точечных гомоконтактов As/As. Наблюдалась инверсия знака МК спектра вследствие разрушения локализации электронов в контакте из мышьяка из-за электрон-фононного взаимодействия (ЭФВ). МК спектр содержит два основных максимума при энергиях 10 и 25 мэВ. Граница однофононной части спектра отвечает 34 мэВ. Это согласуется с известными результатами о плотности фононных
состояний. Предполагая, что инверсный МК спектр отражает особенности спектральной функции ЭФВ,
рассчитана среднеквадратичная частота фононов и получена оценка для температуры Дебая. |
| format |
Article |
| author |
Хоткевич, А.В. Красный, А.С. |
| author_facet |
Хоткевич, А.В. Красный, А.С. |
| author_sort |
Хоткевич, А.В. |
| title |
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка |
| title_short |
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка |
| title_full |
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка |
| title_fullStr |
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка |
| title_full_unstemmed |
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка |
| title_sort |
инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Электронные свойства проводящих систем |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128506 |
| citation_txt |
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка / А.В. Хоткевич, А.С. Красный // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 4. — С. 384–386. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT hotkevičav inversnyjmikrokontaktnyjspektrélektronfononnogovzaimodejstviâvgomokontaktahizmyšʹâka AT krasnyjas inversnyjmikrokontaktnyjspektrélektronfononnogovzaimodejstviâvgomokontaktahizmyšʹâka |
| first_indexed |
2025-07-09T09:13:20Z |
| last_indexed |
2025-07-09T09:13:20Z |
| _version_ |
1837160101123719168 |
| fulltext |
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 4, c. 384–386
Инверсный микроконтактный спектр электрон-
фононного взаимодействия в гомоконтактах
из мышьяка
А.В. Хоткевич1,2, А.С. Красный1
1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины
пр. Науки, 47, г. Харьков, 61103, Украина
2Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина
E-mail: khotkevich@ilt.kharkov.ua
Статья поступила в редакцию 25 декабря 2015 г., после переработки 25 января 2016 г., опубликована онлайн 24 февраля 2016 г.
При температуре жидкого гелия измерены микроконтактные (МК) спектры (вторые производные вольт-
амперных характеристик) точечных гомоконтактов As/As. Наблюдалась инверсия знака МК спектра вслед-
ствие разрушения локализации электронов в контакте из мышьяка из-за электрон-фононного взаимодейст-
вия (ЭФВ). МК спектр содержит два основных максимума при энергиях 10 и 25 мэВ. Граница однофонон-
ной части спектра отвечает 34 мэВ. Это согласуется с известными результатами о плотности фононных
состояний. Предполагая, что инверсный МК спектр отражает особенности спектральной функции ЭФВ,
рассчитана среднеквадратичная частота фононов и получена оценка для температуры Дебая.
При температурі рідкого гелію виміряно мікроконтактні (МК) спектри (другі похідні вольт-амперних
характеристик) точкових гомоконтактів As/As. Спостерігалася інверсія знаку МК спектра внаслідок руй-
нування локалізації електронів у контакті з миш’яку через електрон-фононну взаємодію (ЕФВ). МК
спектр містить два основних піки при енергіях 10 та 25 меВ. Межа однофононної частини спектра відпо-
відає 34 меВ. Це узгоджується з відомими результатами щодо щільності фононних станів. Припускаючи,
що інверсний МК спектр відображає особливості спектральної функції ЕФВ, підраховано середньоквад-
ратичну частоту фононів і отримано оцінку щодо температури Дебая.
PACS: 63.20.–e Фононы в кристаллической решетке;
73.40.Jn Контакты металл–металл;
81.05.Bx Металлы, полуметаллы и сплавы.
Ключевые слова: металлы, мышьяк, электрон-фононное взаимодействие, микроконтактная спектроскопия.
Для мышьяка в сравнении с большинством метал-
лических элементов частотное распределение фононов
слабо изучено, и известные нам данные отражены в
работах [1,2]. Первые наши результаты по изучению
электрон-фононного взаимодействия (ЭФВ) в мышья-
ке с использованием точечных гомоконтактов As/As
представлены в [3]. Впоследствии в [4,5] были измере-
ны МК спектры гетероконтактов As/Cu, имевшие как
обычную полярность, так и инверсную. В настоящей
работе приведены данные по экспериментальному ис-
следованию спектра ЭФВ в гомоконтактах α-As мето-
дом неупругой микроконтактной спектроскопии [6].
Изготовление прижимных точечных контактов из
мышьяка затрудняется сильным окислением открытой
поверхности этого металла на воздухе. Поэтому точеч-
ные гомоконтакты скользящего типа [6] создавались
между свежими сколами на каждом из двух электро-
дов, полученных в результате разлома надвое первона-
чальной заготовки (рис. 1(а)).
Такие заготовки изготавливались из массивного
мышьяка на электроискровом станке и представляли со-
бой параллелепипед 1×1×10 мм с надрезом глубиной
≈ 0,5 мм по диагонали одной из граней. После химиче-
ского травления и полировки на концах заготовки закре-
плялись миниатюрные бронзовые зажимы с припаянны-
ми к ним токовыми и потенциальными проводниками.
Время с момента раскалывания заготовки по линии над-
реза на два электрода до помещения образцов в криостат
с жидким гелием не превышало 1 мин. Взаимное поло-
жение электродов в механическом устройстве для их
© А.В. Хоткевич, А.С. Красный, 2016
Инверсный микроконтактный спектр электрон-фононного взаимодействия в гомоконтактах из мышьяка
микроперемещений в жидком гелии (рис. 1(б)) позво-
ляло в одном цикле охлаждения получать практически
неограниченное число точечных контактов между все-
ми новыми участками поверхностей каждого из элек-
тродов. Исходные для изготовления электродов два
слитка крупноблочного поликристаллического мышь-
яка имели отношение удельных сопротивлений
ρ300 К/ρ4,2 К равное 4,5 и 30. Существенных различий в
характеристиках полученных на их основе точечных
контактов не наблюдалось.
Измерялись зависимости первой и второй гармо-
ник сигнала модулирующего тока от напряжения на
контакте, пропорциональные первым и вторым про-
изводным вольт-амперных характеристик (ВАХ):
1( ) ( ) /V V dV V dI∝ и 2 2
2 ) ( )/(V V d V V dI∝ . Вторую про-
изводную ВАХ точечного контакта и/или соответст-
вующую зависимость напряжения второй гармоники
модулирующего сигнала называют МК спектром. Ти-
пичное начальное значение дифференциального со-
противления контактов 0 /R R dV dI= ≡ при 0V → со-
ставляло ~ 10 Ом.
Наблюдался полупроводниковый характер измене-
ния сопротивления контактов (уменьшение с увеличе-
нием напряжения), что отвечает отрицательным значе-
ниям напряжения второй гармоники модулирующего
сигнала 2V (рис. 2).
Такое явление инверсии знака второй производной
ВАХ впервые зарегистрировано в [8], наблюдалось для
полуметаллов (см. монографию [9]) Sb, Bi, а также С в
виде графита и связано, согласно теории [10], с разру-
шением локализации электронов при ЭФВ в грязных
полуметаллах, вследствие чего проводимость точеч-
ных контактов в диффузионном токовом режиме воз-
растает вблизи характерных фононных частот, а поло-
жение особенностей микроконтактных спектров и
плотности фононных состояний (ПФС) должно совпа-
дать. Поэтому полученные вторые производные ВАХ
гомоконтактов из мышьяка содержат информацию об
ЭФВ. По нашим данным (рис. 2) спектр ЭФВ в α-As
имеет два основных пика при энергиях в районе 10 и
25 мэВ. Кроме того, наблюдается плечо на низкочастот-
ном максимуме в районе 14 мэВ. Отмеченная особен-
ность обусловлена, как логично заключить из анализа
дисперсионных кривых фононов [7], продольными аку-
стическими колебаниями. Граница однофононной части
спектра расположена вблизи 34 мэВ. Эти данные вос-
производятся для различных образцов и хорошо согла-
суются с результатами, полученными для ПФС F(ω)
(рис. 2). В то же время нужно отметить, что граница в
неинверсных спектрах из работ [4,5] ближе к 30 мэВ.
В [4,5] для гетероконтактов As/Cu, созданных по
технологии игла–плоскость (игла — Cu), наблюдались
не только инверсные спектры, но и спектры обычной
полярности, и наличие инверсных спектров связыва-
лось с неоднородностями металла в области контакта,
внесенными при его получении. Применение в на-
стоящей работе точечных гомоконтактов исключило
возможное искажающее воздействие на результаты
измерений использования гетероконтактов, но не по-
зволило, однако, получить чистые контакты с неин-
версным МК спектром. При этом наблюдение только
инверсных спектров ЭФВ в гомоконтактах As/As мо-
жет являться следствием малой импульсной длины
свободного пробега электрона в доступных в лабора-
торной практике образцах мышьяка в связи с трудно-
стями его очистки [11].
Обработка, согласно [6], экспериментальных микро-
контактных спектров As путем исключения фоновой
составляющей из зависимости 2 2 /( ) ( )V V d I V dV∝ не
показывает щели в фононном спектре, как для F(ω) на
Рис. 2. Микроконтактный спектр ЭФВ и плотность фононных
состояний: 2 2
2 ) ( )/(V V d V V dI∝ (R0 = 16,5 Ом, 1( )0V V = =
= 711 мкВ), точки — 2 2 /( ) ( )V V d I V dV∝ (1); расчет F(ω) [1]
(приводится по справочнику [7]) (2).
Рис. 1. Получение точечных контактов: заготовка в виде парал-
лелепипеда для получения двух электродов при ее разломе по
диагональному надрезу (вид в плане со стороны надреза, пока-
заны места подключения токовых и потенциальных проводни-
ков) (а); схема положения электродов при получении контактов,
вид в плоскости соприкосновения электродов (стрелки и симво-
лы — направления взаимного перемещения электродов) (б).
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 4 385
А.В. Хоткевич, А.С. Красный
рис. 2. Это вполне объяснимо конечной разрешающей
способностью при измерении микроконтактных спек-
тров ЭФВ (отмечена на рис. 2 горизонтальным отрезком
с засечками). Щель между областью энергий акустиче-
ских и оптических колебаний сложных ромбоэдриче-
ских решеток As, Sb, Bi с двумя атомами на элементар-
ную решетку не наблюдается также, в силу конечной
разрешающей способности по энергии, при измерени-
ях ПФС на нейтронных спектрометрах по времени
пролета [7]. Восстановление спектральной функции
ЭФВ и подсчет константы ЭФВ из инверсных микро-
контактных спектров не представляется оправданным.
В то же время можно подсчитать неизвестную ранее
для α-As среднеквадратичную частоту фононов 〈ω2〉,
предполагая, что инверсный спектр отражает особен-
ности ПФС и спектральной функции ЭФВ в мышьяке.
Эта величина не зависит от нормировки функции ЭФВ
и может быть определена из данных микроконтактной
спектроскопии с высокой точностью. По нашим дан-
ным 〈ω2〉1/2 = (15,1 ± 0,2) мэВ. Указан результат усред-
нения по 4-м спектрам, приведенная ошибка среднего
значения характеризует воспроизводимость результа-
тов, а не точность в определении абсолютных значений.
Подсчитанная из соотношения [12] ΘD = (3
2 〈ω
2〉)1/2
температура Дебая 215 К оказывается близка к своему
справочному значению 224 К [13]. Это, а также прове-
денные измерения на образцах с различным уровнем
остаточного сопротивления, показывают, что получен-
ные экспериментальные характеристики точечных го-
моконтактов отражают свойства мышьяка, более соот-
ветствующие его неупорядоченному состоянию.
Авторы выражают благодарность А.П. Королюку и
А.С. Сидоренко, предоставившим образцы мышьяка, а
также Ю.Г. Найдюку, Н.Л. Боброву и О.Е. Квитницкой
за полезные замечания к рукописи статьи.
1. W. Reichardt and K.H. Rieder, Proc. Conf. Neutron
Scattering, Gatlinburg, Tenn., USA 1976, R.M.S.I. Moon
(ed.), Gatlinburg (1976).
2. J. Leadbetter, P.M. Smith, and P. Seyfert, Philos. Mag. 33,
441 (1976).
3. С.Н. Крайнюков, А.В. Хоткевич, III Школа по актуальным
вопросам физики полуметаллов и узкозонных полупровод-
ников: Тез. докл., Штиинца, Кишинев (1987), с. 10.
4. N.N. Gribov, P. Samuely, J.A. Kokkedee, A.G.M. Jansen, P.
Wyder, and I.K. Yanson, Physica B 165–166, 917 (1990).
5. N.N. Gribov, P. Samuely, J.A. Kokkedee, A.G.M. Jansen, P.
Wyder, and I.K. Yanson, Phys. Rev. Lett. 66, 786 (1991).
6. A.V. Khotkevich and I.K. Yanson, Atlas of Point-Contact
Spectra of Electron-Phonon Interactions in Metals, Kluwer
Academic Publishers, Boston/Dordrecht/London (1995).
7. W. Kress, Phonon Dispersion, One-Phonon Densities of
States, and Impurity Vibrations of Metallic Systems, Physics
Data, Fachinformationzentrum, Karlsruhe (1987), v. 26-1.
8. И.К. Янсон, Н.Н. Грибов, О.И. Шкляревский, Письма в
ЖЭТФ 42, 159 (1985).
9. Yu.G. Naidyuk and I.K. Yanson, Point-Contact Spectroscopy,
Springer, New York (2005).
10. И.Ф. Ицкович, И.О. Кулик, Р.И. Шехтер, ФНТ 13, 1166
(1987) [Sov. J. Low Temp. Phys. 13, 659 (1987)].
11. Б.Н. Александров, ФНТ 10, 291 (1984) [Sov. J. Low Temp.
Phys. 10, 151 (1984)].
12. F.J. Pinski, P.B. Allen, and W.H. Butler, Phys. Rev. B 15,
2943 (1977).
13. Физический энциклопедический словарь, Советская
энциклопедия, Москва (1963), т. 3.
Inverted point-contact spectrum of electron-phonon
interaction in arsenic homocontacts
A.V. Khotkevich and O.S. Krasnyi
Point-contact (PC) spectra (second derivatives of
the current-voltage characteristics) of the point homo-
contacts As/As were measured at liquid He tempera-
tures. Inversion of the PC spectrum sign was observed
as a result of destruction of the electron localization
inside the arsenic-based contacts caused by the electron-
phonon interaction (EPI). The PC spectrum is character-
ised by two dominant maxima at 10 and 25 meV. The
boundary of single-phonon part of the spectrum corre-
sponds to 34 meV. The latter is in agreement with
known data on the phonon density of states in As. In
assumption that the inversed PC spectrum reflects pe-
culiarities of the EPI spectral function the mean square
phonon frequency was calculated along with an esti-
mated value of the Debye temperature.
PACS 63.20.–e Phonons in crystal lattices;
73.40.Jn Metal-to-metal contacts;
81.05.Bx Metals, semimetals and alloys.
Keywords: metals, arsenic, electron-phonon interac-
tion, point-contact spectroscopy.
386 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 4
|