Динамические и диссипативные процессы в двухмерном вагнеровском кристалле над жидким гелием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

Нац^сзазьна Акздшгк H&ys. Увралва ФвЮ'ТвцйчДЙ iuu'igryr шшд тешарааур ш. В JJBspidsa

На нрагах ружопясу

ft

f ^ ST- Доцгяго Вояодаазр Вшторовгч

ДЙНАМЧШ ТА ДЙСИПАТИВН1 ПРОЦЕСИ в ДВОВИМШНОМУ В1ГНЕРОВСЬКОМУ КРИСТАЛ1 НАД рэдким гелшм

Gl. 04. G9 - ФЬп&а шзшх температур

АВТОРЕФЕРАТ дэсертЕц}! па дяобути вчсшто яуия вдщш фишю-каэкнкпши паук

Харюз -1898

Днсертащя е рукопис

Роботу внконано у Ф¡эшсо-техшчному шстнтут! низьких температур ш. ВЛ.Веркша HAH УкраТхш

Наукой! кер1вники:

доктор ф1зшш-матсматкчни5 наук професор В.Н.Грнгор'еа, доктор ф i зкко-матем атнчнвх наук Ю.З.Ковдря

Офцуйш опокеитк:

доктор ф1зшсо-матеиатнчпшЕ наук С.1.Шевчанко кандидат ф]зико-н&тематЕчшзх старший иауковнй сшвробтшз: наук Л.В.КарнацевЕч

Пров1дна орг&шзащя: Х&ршвськпй дергаазшй ушверсктст

Захист в'щбудеться " " квшш 1998 року о 15 годен! ка заодаан! Спец5ал1зовано1 вчено! рада Д 02.35.02 при Ф1зико-техшчному шституи мюысих температур ш. БЛ.Верюва HAH Украши (310164 и. Харшв -164, пр. Лешна 47).

3 дасертащею можна ознайомнтась у б1бяютец5 Ф1зако-те5шчЕого институту нкзьких температур ¡и. ВЛ.Веркша HAH Украани (310104, и. Xapicia - 164, пр. Лешка 47).

Автореф; ' березня 1998 року.

В1дгуки и г у двох екзшялярах з шдписом, що зашрешй

гербового печаткою, просимо наиравлятн за адресого: 310164 и. Хар-ids - 164, пр. Лешна 47, ФТШТ HAH УкраТш, вчеяому секретарю Спещал1эовано1 вчено! рада Д 02.35,02.

Вчсней секретар СпеЦ1ал13ованоТ вчено! рада

Загальыа характеристика роботи

Актуальность досладжень шстятьса у мовлввосл nspesipira й розватку ¡сяуючпх уявлень про мехатзмв дислпаадй вггаеровсьгкзиу кристал», эокрема, з'ясування пнтання про те, чв е голоаною причиною дасшащй загасаиня кашяярнвх хвнль, як це було припущено у тгорелп-ння прэдях. При впяшн я» кристая електрнчпжа полем велико! ашштудд з'хвлякугься Eoai сфектя, вЕвчения яках иоже дспсыогтп зрозушхя прорешу пласютносп птзерозськаго крнсталу або йога руйиувшг&з. Вюярз пси^чеагкнього магштоопору р„ щкаш тем, що дозводяють отрвмувага аЦсутню у пшйшшй час шформащю про двнашчш та шветнчт власта-Eocci кристалу в прясутносп иагштного паля.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Роботу ввховано у межах теиатнчпого плану ФТ1НТ HAH Украл ни за шаг ном найважлимгстит НДР за темою "ДоЫдаення кваятовнх об'ешпк та поверхневих явищ у ршшму та твердому гапГ (N держ. репстр. 0195V009877) я за темою "Исследование кваиговях свойств изотопов гелия и та растворов" (Затверджена Постановок) Презадо АН Украэвв N 10 В|д 19.12 1989 г.).

Мета дисертадп:

1. Доыпджения характеристик зв'язаннх фонав-ршловнвх резонвнов у В1Гнеровському кристгип над надплннням *Не та розчинама 2 Не - 4Яе.

2. Екслеряыектальне внвчешш спектру зз'язаянх Фоеон-р^пюнннх ко-лквадь у нелшйному режим, що винякав у раз1 ди на в1гперовський крнетал великими ведучики електрнчнямя оолямн.

3. Проведения вяшрш поздезжнього магштоопору для анверовсысого

кристалу у ишрошЗ облаей температур та електронннх хонцен-

тращй.

Наукова новизна отриманих даних: Запропоновано нову методику визначенпя рухомосп вкнеровсысого кристалу з експернм-ентальних даних про ширину зв'язаних фоион-ршлонних резонаяав.

Експериментадьно эареестровало нелшйш особливосп у в1гнеровсь-кому кристал1 без магютного поля.

Вперше одержано даш про поздовжшй магштоошр в^гнеровського кристалу.

Положения, що виносяться на захист:

1. Розробка 1 створенлз система автоматгаади рефрижератора раз-чинення з крЬгенним циклом циркуляцп.

2. Розробка ново! методики визначеивя рухомост'1 в1гиеровського кристалу над р]дкки гед5ем з даних ширкни зв'язаних фоион-ршлонних резонанав.

3. 1дентиф1кащл ыехашзшв дисипацШ при руху в!гнероБського кристалу.

4. Екснернментальне виявлення новнх мод зв'язаних фонон-р1пяонних резоканск у великих ведучих електричних полях.

5. Вшшлешш аномально] новедпшг повздовжиього шгштоопору вин-еровського кристалу у магштному псш.

Нау|£ОВа та практична ЦШШСТЬ роботи: Створена в роСкт система упраздняя рефришзратором дозволила цшюом аатоиа-тизув&тн Ёого роботу, що необхщю для проведения доаготриваянх екс-периыенив. Задропоноваиий в робот] новей метод визначенпя рухомост! в1гаер]Есксго кристалу е альтернативою единому ¡снуючому до цього часу методу. Даш про даскпативш та иелтШва процзск в шгнерогсысому

кристал] можуть служите погяибленню зналь про двовишрш система з сильного кулошвскою взаемод!бю.

Апробацш робот и: результате прму дошшдалися на 29-й всесоюзши варад] з фззпки пизышх температур, 1992 рм Казань; 2-й шжяародшй конференхцТ з крюхрист&ыв, 1997 р., Вроцлав; XII юж-народшй конференцП з електронних властивостей двовншрних систем, 1997 р., Тоюо; шжнародоому сюгаоззую з квантових рщш i крпсталзв, 1997 р., Париж.

Особистий внесок дисертанта скяадаеться з розробка, створенна та налагадження автоматизованоТ системи управления для реф-piaiepaTopa розчпнеиня i низькознумлячвх попереддо шдснлюващв, що дозволили icroTHo тдвшщтн чутаяв1сть BHMipie при проведенш експерим-ент!в. Днсерталтом оброблеш та проаяал)зоваю даш Bmupiu. 3 oieio метою Im створено та вЦлагоджено програми для ЕОМ i э ix допомогою проведено чисел ьщ розрахупки, що нааедеш у роздал ах 3 i 4. Розрахун-кн дали змогу провести пор1вшшая експернментальнях датах з xeopieio про дисш&щ! у в"1гнеровському кристал1 та внзначити рухсшсть крнсталу нознм засобом.

Обсяг та структура роботи. Дисертащя скяадаеться з вступу, п'яти роздшв, висновшв та списку Л1тературн з 84 найкенувань. Повний обсяг роботи склада« 118 сторшок, у тому чиоп 28 иалюшив i 2 таблиц].

Основний 3MiCT роботи

Вступ шстить обговореявя актуальное^ проблеми та науковоТ новизпв. Обговорюсться також ыета роботи та положения, що виносяться на за-хвст. У встуш й^еться також про яауков] пращ, у яких опубликовано освовш результате дисертацп, та про ацробащю них результат.

й.

Перший роздал в оградой. У цей час е шага, достатньо ковша огалда [1, 2], у яках опясаво батато як! явища, що в1д5увгюхься у слстеш поасршевах електрошв. Цей огдяд вщ>!зшгеться там, шр голов ну увагу в ньоыу прадлеио спсцяфгчшш вваствостям в1гигровського кристалу i, касашгеред, зв'язашш фонон-рЛилошши коднваншш, що зу-козогаю темою ще! днсертаци. У даеому роздал] представлено eobi npaui 1995 - 1996 p.p., що ве уш&ажн до ¡снуючкх отладв.

ДруГИЙ роЗДШ ирпсвячеао оннсу екссерныелталызо! игетодакн. У кьоау стисдо опес&бо рефрзжерахор роэчгшенш з крюгешшя цшогом щяркудящТ 9 Не, isp забйзгючув&в в досг5дад. температуру до 70 иК. Ори-ппадьна схема рефрижератора дав ыожжшасть безушншй рсботи. Описано втлрюзгдъну кошрку з ешасшш зз'взкса шж едостродагш i еаегс-•гроягши шаром та круговою reouerpiera [3], а також схеиа BEuipis. Пер-езахшу частну BimipiB будо вшсонаио з Ежористсаняи niei ыэтодекн. Експершент&яьна методака дещо вщшшиася ткькн в експерккснтад:, павсдсшзх в п'ягому роздш. Докйвдно ошсаш едектронннй блок упрзг влшня рефр1 жерахороа i шгзысошушя^ пспереда] шдснлювач], створеш безпосередньо дасертантои. Обгогорюэться проблема шшшз&цн в£шрк>-иаяьного шуму. Вкасд1до;; гсшашжия вурошешя сигнал/шуи вдглося зхизити р!вень скгиа-зу, збудягуючого едектр&анЕЙ шар пркЗгшно у 100 раз!в.

у третьему роздш i подаш результата доащщенш» сшвщнз зв'язанш фоЕон-р]дооннвх колквазь над частгш 4Яе та над розчшшш sHe —4 Яе. Вншрг проведет у темпаратуршму ierepaaii 70 - 600 uK i дЗадазош частот 1-20 Мгц, Мал 1,2. У ра&Е&х ¡скуючнх моделей (4, 5] проведеннй розрахунак, що доззояев Eoa'ssars шнрвну фоиов-ршлоннах резонаныв э даапатнвннда процесаш у втееровському крЕсталь Догса-зано, що дасшативш процеси при руху шгперовського крастаяу вазнаяа-ються його взавгаодгвю is теяловшв i доьашкогзма збудягешша на во-

0.60

0.4Q

0.20

0.00

0 5 10 15

f, MHz

Мал.1

N

г

2.00

1.60

1.00

0.50

0.00

0 150 300 450 600

T(mK) -

Мал .2

верхш надплинного гелш. Загасання кашлярних хвнль дае малий внесок у днсшац» в кристаяь

Новим з&собои, по пшрнш зв'язаних резонанс!в, визначена рухошсть едектронного крнсхалу над надплвшжм та розчннами 3Яе - АНе. Даш про рухошсть знаходяться у згод1 з начислении ми розр^зненшши данный, одержана ira траднщбним засобом, b вншру опору едектронного шару, Мал 3- Рухошсть кристалу над розчином аНе -* Не з концен-

1

Мая.З

тращею 3Не 0,25% вшшгкеться цоашога, ni ж для чистого 4Яе, у бсьом] температурном штерв&яь

Розраховаш, £к у щй роботг, так i ввдювудао до (б) частота фовон ршлонннх резоианав з хорошою точшстю сшвпадають Í3 вншрекш&ш що е додатковим св)дченшш нздйносп одержаннх дггшх. Ora обстазн на, що резонанса)' частота дт розчнну ннгкче, ик для чистого *Нс щи bcíx теьшературай дтиаэоиу добре поясшоетьеа зшш>к> коеф^цюнту во

верхньсго яатяжшия а за рахувок заселения атомами 3Не поверхвевих андреевски равней.

Четзертий роздал присвячено ексцеримеитаяьному доовдж-ешгю спектр5з зв'язавах фонон-р}пдонннх колнвавь у великих ведучка солях. Вкшрн прозедеш в тому ж температурному 1итервал11 частотному даанаэош, що ! у третьему роздал], для рЬаомаштнях елегстрошгах концентраций. Найбкьш докяадно розглянуи даа! ори садоЗ ввзьшй температур! — 70 их, Мал 4.

0.60

?

£ <

0.33

12 15

1(Шг)

Мал .4

Експериментально зареестровано пот кода фоЕоя-р!ояоянях еолй-ванвь, що гшнкають у швндкозшнних еяентрзчннх полях везшсоТ ашт-туда. На Мая. 5 ещзбражено данашку появления новнх мод в заяежно-ст! в!д амлггуди ведучоТ напруга.

Теоретачш розрахушш [4], у ®шх провццеко поязу " педшйних ™

0 4 8 12

А(тУ)

Мал. 5

резованов, ес отхують одержашзх експергыентальшх дашх. Розраху-кок за методикою, що опнсаво у трстьоиу роздш, I иодцфшзвашЗ для облает! не^шйностз, з урахуванняы вплвву обмежевнх розюр)в вишрю-валыюТ кошркн такоа дае значения частот вдаанш в'щ одержаних в експернместп.

У п'лтому роздзл! представлеш результата вшйру вовздозж-нього иагштоопору р„ в1Гнеровського крнстаду над рщкнм гел!ем при температурах до 170 мК ! концегггращлх поверхневнх електрошв п, = (4 —10) • 108 см~2 у и&гштиих полях Я до 1,5 кЕ, Мая. 6. Показано, що у досл1дженш§ облает] температур рхх звороткьо пропорщ&ио електрон-шй концеатраци, практично не задежить в1д тешгератури 1 аномально сильно зростае ¡з збиьшенняы Н. Встаноазено також, що кристнзацш сдабко впднвае на заяежшеть р„ в1д ваттного ноля. Вшгаяеко ктотпзй розб1г шж кнуючою теор1ею \ одержашьш експервиевтаяьшош резуль-

и.

сэ

>

03

I *3

;

es

10 о

«ЛО ЬМ ОЛЭ 0.TÍ <Ш 1.»

Н, ЁЗЭ

Мал .6

тахама.

Ochobhí результата та висновки робота сф лмуаьова-ео у заключноау розлда дасертгцц.

1. Роэробяено, стЕорепо та Е&лагоджеко систему управшння рефрижераторов реттянекнз з крюгетнш циклом кдркузгцн 3Бе. Розро-бяеш i стнореш Еизьксшуиляш шдсалювач!, гцо дааа змсгу íctoteq samara pie®. сштау збуд:кйтая. Де дало зиогу одерлсуватн весок» ездйш даш про спектр зз'язатгх фоЕса-р'шяокяих коягваяш».

2. Нозам засобои впшрлно руяомкть еяекгрошюго крзсталу, Дает гнаходаться/у зкуу э Еечисяеннагст дашша, в1дакЕмя рашгяс, що g додатеозшн^гадгверд^енаям кадйносп одерксаяах дааих.

3. Внзсидок щнвшння кададах эишр1э з zca-pieio одержано anaia-

вок про те, що головний внесок в дасшацп дае взаемод5я кристалу з тепловими та домшковимн эбудженнями на поверхш редкого гел5ю, а загасашш кашлярних хвиль не е основною причиною енергетич-ннх втр&т при руху в!гнеровського кристалу.

4. Експериментально виявлеш iiobi моди зв'яэаннх фонон-ршлонних колнваннь вл'неровського кристалу, що вкннкають в великих веду-чих полях.

5. Вперше одержан! експериментальш да«] про повздовжшй мапито-onip електрошгого кристалу. Повед'шка кристалу не описуеться простою моделлю Друде.

Основш результати, що увШшли в днеертащю, опублшоваш у працях:

1. Доценко В.В., Сивоконь В.Е., Ковдря Ю.З., Григорьев В.Н. Затухание фонон-риплонных колебаний в электронном кристалле над сверхтекучими растворами 3Не -4 Не // ФНТ, 1997, 23, N 9,.

2. Сивоконь В.Е., Доценко В.В., Ковдря Ю.З., Григорьев В.Н. Новые моды связанных злектрон-риплонных колебаний в внгнеровском кристалле в больших ведущих электрических полях // ФНТ, 1997, 23, N 7, с. 789 - 792.

3. Григорьев В.Н., Доценко В.В., Киричек О.И. Ковдря Ю.З., Погорелое Л.А., Сивоконь В.Б., Соболев В.И. Магнитосопротивление электронного кристалла над жидким гелием // ФНТ, 1992,18, N4, с. 431 - 433.

4. Dotsenko V.V., Sivokon V.E., Kovdrya Yu.Z., and Grigor'ev V.N. Mobility of 2D Wigner Ciystal over Liquid 4He and 3He - iHe Solution. // Conference Workbook of EP2DS-12 conference, September 22 - 26, 1997, Tokyo, Japan, p. 787 - 790.

5. Dotsenko V.V., Sivokon V.B., Kovdrya Yu.Z., and G rigor'ev V.N, Coupled Phonon-Ripplon Oscillations and Mobility of 2D Wigner Solid over Liquid 4He and 3Яе - 4#e Solutions // Abstracts and Programme of Second International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals, Polanica- Zdroj, 7-12 September, 1997, Poland, PI - 20.

6. Sivokon V.E., Dotsenko V.V., Kovdrya Yu.Z., and Grigor'ev V.N. 2D Wigner Solid over Liquid Helium. Resonant, and Nonlinear Phenomena // Abstracts and Programme of Second International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals, Polanica- Zdroj, 7-12 September, 1997, Poland, PI - 21.

7. Sivokon V.E., Dotsenko V.V., Kovdrya Yu.Z., and Grigor'ev V.N. Novel Modes of Phonon-RJpplon Oscillations in 2D Wigner Solid over Liquid Helium in High Driving Fields // Simposium on Quantum Fluids and Solids, Ecole Normale Supérieure Physics Department, July 20 - 26,1997, P2-20.

Штература

[1] Шикин В.Б., Монарха Ю.П. Двумерные заряженные системы в гелии // М., Наука, 1989.

[2] Эдеяьмая B.C. Левитирующие электроны // УФН 1980, 130, N4, с. 75-705.

[3] Снвоконь В.Е., Доцеяко В.В., Коадря Ю.З., Григорьев В.Н. Нелинейные явленна в поданхшостн двумерного электронного слоя на поверхности жидкого гелия. // ФНТ, 1996, 22, 7, с. 715-723.

[4] Монарха Ю.П. К теории эяектрон-риплонных реэовансов в даукер-шм внгнеровском кристалле на поверхности жидкого гелия.// ФНТ, 1980, в, N 6, с. 685-697.

[5] Kovdrya Yu.Z., Nikolaenko V.A., Kirichek O.I., Sokolov S.S., Gri-gor'ev V.N. Quantum transport oí surface electrons over liquid helium in magnetic field. // J. Low Temp. Phys., 1993, 01, N 5/6, 371-390.

[6] Монарха Ю.П., Шгашн В.Б. Самосогласованный подход в теории связанных фонон-рнпяоанш иод двумерного электронного кристалла. // ФНТ, 1983, 9,7V 9, с. 913-917.

[7] Namaizawa Н. Self-consistent Debye-Waller factors on the electron solid on liquid helium. // Solid St. Commune., 1980, 34, N 7,607-610.

Анотацт

Доценко B.B. Динашчш та дисипативш процеси в двовгаарному Bir-неровсысому кристал] над рицаш reaieu.

Дисертацш на здобуття вчешго ступеня кандидата фЬико-иатсма-тичних наук за фахои 01. 04. 09 - ф!зкка низышх температур. На правах рукопясу. Ф1знко-технЬтий гастнтут низьких температур ím. ВЛ.Вермва НАН УкраЗнн, Харюв, 1998.

Дисертащя прнсвячена достижению вЗгнеровського кристалу у систем] електрошв, що локализован! над р5даим гелием. Досладжуються мехашзми дисип&цп при pyci вшгеровського крксталу, hobí кода за'яза-|шх фовов-ршловша коливаннь у великих ведучих електричних полях i поездов жшй ыагштоотр Е^гнеровського крксталу. Запроаоновано новнй метод знаходження рухомост! вкиеровського кристалу.

Ключош слова: rejifl, поверхяев! електрони, В1гнеровський кристал, pyxouicrb.

Доценко В.В. Динамические и диссппативные процессы в дзумерном внгнеровском кристалле над жидкк.м гелием.

Диссертация Еа сонскааае ученой степени кандидата фшш&о-матена-тических паук по спепдальности 01. 04. 09 - Физика пмзках температур. На правах рукопаса. Физико-техвнческнп институт шетшх температур вн. Б.И.Верккпа НАН Украины, Харьков, 1993.

Диссертация посвящена нссяедшаяшо внгнерозскаго кристалла в системе электронов, локализованных над жщгш гелием. Иссладугатсл югханпзиы дпссппацяа при двюхензш вйгнаразского кристалла, нсеыо моды связанных фовон-ршлоияых колебаний в больших ведузсп злек-третеошх полях н продольное магнзтсссзротквлешге вяшеровского крз-сталла. Предложен новый метод определения подзи::н:остя вягпгропско-го кристалла.

Ключевые слова: гелвЗ, пзгзрхяостзне эаектрояа, зггаерсзскдй кристалл, подвпшюсть.

Dotsenko V.V. Dynamical and dissipative processes ia two-dimensional Wigner solid over liquid helium.

The thesis for taking a Candidate degree of science (physics sad mathematics) speciality 01.Q4.09 - Low temperature physics, BJ.Verkin Institute for Low Tfeiapsrature Physics and Engineering, NAS, Kharkov, Ukraine, 1988.

The thesis is dedicated to investigation of Wlgaei solid in electrons localised over liquid helium. Dissipation mechanisms ia moving Wigner solid, new modes of coupled phonon-ripplon oscillations in high driving fields, and longitudinal magnetorcaistance are investigated. lies? method of determining of Wigner solid mobility is developed.

Key words: helium, surface electrons, Wigner solid, mobility.