ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ

Модераторы: mike@in-russia, varlash

Ответить
Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29766
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ

Номер сообщения:#1   morozov » Чт сен 28, 2006 2:58

ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ

В РЕЗИСТИВНОМ СОСТОЯНИИ СВЕРХПРОВОДНИКА ? НОВОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ, НОВАЯ ТЕХНИКА В ЭЛЕКТРОНИКЕ, РАДИОФИЗИКЕ И ОПТИКЕ

Г. Н. ГОЛЬЦМАН

Московский педагогический государственный университет

1. ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ В РЕЗИСТИВНОМ СОСТОЯНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК СВЕРХПРОВОДНИКОВ

Переход металлов в сверхпроводящее состояние при понижении температуры, когда электрическое сопротивление резко падает до нуля, открыт голландским ученым Каммерлинг-Оннесом в 1911 году [1]. После открытия Беднорцем и Мюллером высокотемпературной сверхпроводимости в 1986 году [2] интерес физиков к ней снова резко повысился. Этот фазовый переход чем-то похож на переход пар ? жидкость или жидкость ? твердое тело, однако он не требует поглощения или выделения скрытой теплоты: это фазовый переход второго рода. Тем не менее здесь также проявляется одна из ярких черт фазового перехода: сверхпроводящий переход осуществляется практически при фиксированной температуре, которая называется критической и обозначается Тс (см. рис. 1). У традиционных сверхпроводников она лежит в области очень низких температур, которые могут быть получены с помощью жидкого гелия (4,2 К) или водорода (21 К), а у новых, высокотемпературных сверхпроводников ? с помощью жидкого азота и даже вдвое выше
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29766
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#2   morozov » Чт сен 28, 2006 3:01

температуры его кипения (77 К). Для обсуждаемого случая существенно, что электрическое сопротивление при температуре сверхпроводящего перехода очень чувствительно к малейшему изменению температуры вблизи критической Тс . В этой очень узкой области температур сопротивление меньше, чем у того же металла в нормальном состоянии, но не равно нулю, как в сверхпроводящем. Увеличивая электрический ток, можно понижать Тс и получать такое резистивное состояние при более низкой температуре. Поскольку сверхпроводящий переход ? явление электронное, то резистивное состояние сверхпроводника оказывается очень чувствительным к температуре электронов. Таким образом, мы получаем чувствительный "термометр" электронной температуры, что очень полезно не только для изучения неравновесных явлений в металлах, но и для практических применений.

Когда же температура становится выше критической (Т > Тс , см. рис. 1), мы имеем дело с обычным металлом, у которого электрическое сопротивление относительно слабо зависит от температуры, особенно при низких температурах. При протекании электрического тока в металле выделяется тепло Джоуля-Ленца и металл нагревается. Только избавившись от нагрева целиком всего металла, можно непосредственно изучать неравновесные явления в электронном газе металла. Оказывается, для этого достаточно приготовить металл в виде очень тонкой пленки на диэлектрической подложке и сформировать из нее узкую и короткую полоску (см. рис. 2а, 2б).

Это легко понять, если учесть, что тепло выделяется в объеме металла, а уходит через его поверхность. Для тонкой пленки с уменьшением ее толщины поверхность соприкосновения с подложкой не меняется, а объем пропорционально уменьшается, так что теплоотвод от единицы объема металла растет (рис. 2а). Однако теплопроводность подложки конечна, что приводит к ее нагреву под пленкой и, в свою очередь, к нагреву пленки. Если же мы сделаем малыми размеры в плане (рис. 2б), мы, конечно же, не изменим отношение объема к поверхности, но существенно уменьшим полное количество выделяемого тепла, позволив ему растекаться по подложке во все стороны. Практически приведенные выше качественные рассуждения приводят к искомому результату для ультратонких пленок (толщиной ~ 10 нм), имеющих размеры в плане ~ 1 мкм.

Интересные физические явления, важные также для практических применений, возникают не столько при протекании тока, сколько при взаимодействии с электромагнитным полем. Когда электрон в тонкой металлической пленке поглощает квант энергии электромагнитного поля (фотон), недостаточный по величине для внешнего фотоэффекта, электрон приобретает избыточную энергию, оставаясь в металле. Таких электронов может быть много, однако специальной физической проблемой является возможность приписать этому коллективу определенное значение температуры, то есть рассматривать их как горячие электроны. Эта проблема решается в какой-то мере аналогично имеющей место в идеальном газе. Хотя идеальный газ ? самая простая модель обычного реального газа, даже в ней важную роль играют соударения между атомами и молекулами. Именно они обеспечивают установление равновесного распределения молекул по энергии и дают тем самым возможность характеризовать газ определенным значением температуры. В очень тонких металлических пленках при низких температурах межэлектронные столкновения оказываются достаточно частыми, чтобы можно было описывать их коллектив с помощью электронной температуры. Однако ситуация здесь гораздо более сложная, чем в идеальном газе. Для электрона в кристалле есть и другая возможность потерять энергию ? возбудить тепловые колебания атомов или молекул, которые распространяются в виде упругих волн в решетке ионов. На языке частиц такие волны называются фононами. В чистых и совершенных металлических кристаллах обычно электрон, обладающий избыточной энергией, быстрее испускает фононы и теряет энергию, чем передает ее другим электронам. Но очень тонкие металлические пленки, как правило, несовершенны, и это меняет ситуацию. В них много кристаллических дефектов и примесей, рассеивающих электроны. Даже то, что электронный газ заключен между двумя поверхностями самой пленки, расположенными на малом расстоянии друг от друга, также приводит к ограничению свободного движения электронов. При рассеянии на примесях, дефектах кристаллической решетки и поверхностях пленки два свободных электрона, оказавшись один раз вблизи друг друга, гораздо дольше остаются рядом, чем в совершенном

http://journal.issep.rssi.ru/page.php?y ... =4&page=91
С уважением, Морозов Валерий Борисович

tory
Сообщения: 860
Зарегистрирован: Сб сен 23, 2006 22:40
Откуда: voronezh
Контактная информация:

Номер сообщения:#3   tory » Чт сен 28, 2006 15:15

Мы впервые столкнулись с "горячими электронами", когда проводили детектирование импульсных мощных СВЧ сигналов (лет 50 назад).
Эффект казался тогда поразительным. Детектирование было таковым, будто диод в зависимости от режима меняет полярность. Удивительное явление.

ycheff
Сообщения: 108
Зарегистрирован: Сб июл 14, 2007 16:42
Откуда: Фрязино, Моск. обл.

Номер сообщения:#4   ycheff » Пн июл 13, 2009 23:22

Пара книг по горячим электронам в полупроводниках:

Инвертированные распределения горячих электронов в полупроводниках
Инвертированные распределения горячих электронов в полупроводниках.

Горячие электроны в полупроводниках
Горячие электроны в полупроводниках.pdf

test123
Сообщения: 1074
Зарегистрирован: Чт янв 21, 2010 23:23

Re: ГОРЯЧИЕ ЭЛЕКТРОНЫ

Номер сообщения:#5   test123 » Вт янв 11, 2011 14:06

Мне однажды понадобился датчик для измерения мощности СВЧ с конкретной характеристикой x^2+ kx+C, нам сделали его в течении пары недель на основе п/п, удивила стабильность характеристики на скважностях >100. Разработчик утверждал, что тема интересная, но, по его мнению, бесперспективная. Хотя характеристика x^2 впечатляет.

Ответить

Вернуться в «Физика твердого тела / Solid-state Physics»