Мікроконтактна спектроскопія
Мікроконтактна спектроскопія (МКС) (англ. Point-contact spectroscopy)— спектроскопія елементарних збуджень у металах за допомогою точкових контактів, розмір (діаметр) яких d менше довжини енергетичної релаксації (пробігу) електронів. Відкрита 1974 року І. К. Янсоном у Фізико-технічному інституті низьких температур НАН України (м. Харків) при вимірюванні вольт-амперних характеристик (ВАХ) тунельних переходів метал-діелектрик-метал, що містили металеві мікромістки (закоротки) в бар'єрному шарі [1]. Теорію МКС було побудовано І.О. Куліком, О.М. Омельянчуком і Р.І. Шехтером [2].
МКС обумовлена енергетичною дуплікацією нерівноважних носіїв заряду (електронів) у мікроконтактах при низьких температурах (kТ<< eV) — явищем, що полягає в утворенні під дією електричного зсуву V двох груп нерівноважних носіїв із максимальними енергіями, що різняться на величину eV. Спостереження та теоретичне пояснення цього явища було зареєстровано, як відкриття «Диплом № 328. Явление перераспределения энергии носителей заряда в металлических микроконтактах при низких температурах» (автори Ю.В. Шарвін, И.К. Янсон, И.О. Кулик, А.Н. Омельянчук, Р.И. Шехтер) [3]. Релаксація такого розподілу призводить до нелінійної ВАХ, перша похідна від якої пропорційна частоті непружного розсіювання електронів, а друга — мікроконтактній функції взаємодії електронів з іншими квазічастинками з енергією (ħω= eV). У випадку електрон-фононної взаємодії (ЕФВ) при Т→0 та d<<l [2]:
|
(1) |
де R = dV/dl (V), - опір Шарвіна, νF — швидкість Фермі, g(ω) — мікроконтактна функція ЕФВ. Остання відрізняється від тунельної функції ЕФВ (функції Еліашберга) наявністю вагового множника, який враховує кінематику процесів розсіювання електронів у мікроконтакті певної форми. Мікроконтактна функція ЕФВ має вигляд [2]:
де — квадрат матричного елементу переходу електронів зі стану з імпульсом до стану з імпульсом при розсіюванні на фононі з енергією ħω, — геометричний фактор Кулика, нормований на середнє по кутах значення. Інтегрування проводиться по станах на Фермі поверхні (ФП). Мікроконтактна функція ЕФВ враховує кінематику процесів розсіювання в контактах чітко визначеної геометрії, а також пружне розсіювання електронів на статичних дефектах у приконтактній області. За аналогією з іншими функція ЕФВ визначається інтегральним параметром ЕФВ у мікроконтакті λ:
|
що за порядком величини дорівнює іншим параметрам ЕФВ у даному металі. Вираз (1) аналогічний і для взаємодії електронів із магнонами, екситонами та іншими квазічастинками. Коло об'єктів, які вивчають методом МКС, містить різні інтерметалеві сплави та сполуки зі змінною валентністю, системи з важкими ферміонами, кондо-ґратки та кондо-домішки, низькорозмірні провідники, традиційні та високотемпературні надпровідники та інші актуальні матеріали.
- Физика твердого тела: энциклопедический словарь, Наукова Думка, Киев, 1995.
- Yu. G. Naidyuk, I. K. Yanson, Point-contact spectroscopy — Springer, New-York, 2005. ISBN 978-0-387-21235-7
- A. V. Khotkevich, I. K. Yanson, Atlas of Point-Contact Spectra of Electron-Phonon Interaction in Metals — Kluwer Academic Publishers, Boston, 1995. ISBN 978-0-7923-9526-3
- Янсон И.К., Хоткевич А.В. (1986). Атлас микроконтактных спектров электрон-фононного взаимодействия в металлах (рос). Киев: Наукова думка. с. 143.
- Ю. Г. Найдюк, И. К. Янсон, Микроконтактная спектроскопия, Изд. Знание, Москва, 1989. (http://arxiv.org/abs/physics/0312016)
- ↑ Янсон И.К. Нелинейные эффекты в электропроводности точечных контактов и электрон-фононное взаимодействие в нормальных металлах // Журн. эксперим. и теорет.физики. — 1974, No 66, вып. 3. — С. 1035—1050
- ↑ а б в Кулик И.О., Омельянчук А.Н., Шехтер Р.И. Электропроводность точечных микроконтактов и спектроскопия фононов и примесей в нормальных металлах // Физика низких температур. — 1977. — № 3, вып. 12. — С. 1543—1558.
- ↑ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ УЧЕНИХ УКРАЇНИ, ЗРОБЛЕНІ ЗА ПЕРІОД 1938—1990 рр. (державна реєстрація). Наука та інновації. 2008. Т 4. No 5. С. 39—62. Архів оригіналу за 29 жовтня 2020.