Кинетические свойства алюминия в условиях малоуглового характера рассеяния носителей заряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЧЕБОТАЕВ Николай Николаевич Ц1йл)

' КИНЕТИЧЕСКИЕ. СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ-В, УСЛОВИЯХ МАЛОУГЛОВОГО ХАРАКТЕРА ' РАССЕЯНИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

01.04.07. - Физика твердого теля

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук '

ХАРЬКОВ - 1993

Диссертацией является рукопись

Работа, выполнена в Харьковском государственном университете.

Научный руководитель: кандидат физ--мат. наук,

ст. науч. сотр. Моргун Владимир Николаевич '

.Официальные оппоненты.- доктор фиэ.-мат, наук',

профессор Попков Юрий Андронович СХГУ, г; Харьков) •

доктор физ.-мат. наук, ■.

ведущий науч. сотр. Цэян Юрий Николаевич. ■ • '. СФТИНТ им. Б. И. Веркина АН Украины, г.Харьков)

Ведущая организация: • Харьковский политехнический.университет

(Министерство образования Украины, г.Харьков) ,

- - 1 ' ' '. - . ■ ' Защита состоится

.„и ,. сх|,1'9Э4 г. в ' часов на

заседании специализированного совета Д 033.06.02 Харьковского в . -государственного университета (310077, г. Харьков-77,- пл. Свободы,

■4, ауд. им. К.-Д.Синельникова).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной ' научной библиотеке ХГУ.

Автореферат разослан '

Ученый секретарь специализированного совета

-Б. П. ПоЯда

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Как известно, в сильных магнитных полях: Сыт»1, ы - циклотронная частота, т - транспортное время релаксации> асимптотическое поведение кинетических коэффициентов металлов как. функции напряженности поля Н целиком определяются ;топологическими свойствами поверхности Ферми {ПФ)Ш. Однако, другие свойства кинетических коэффициентов,такие как зависимость от температуры и дру--гих столкновительных параметров, зависимость от ориентации, а также величины' поля, при котором устанавливается асимптотическое поведение, существенным образом определяется характером рассеяния электронов проводимости 131. Исследование кинетических свойств металлов (термоэдс,. электро- и теплопроводность) в магнитном поле при низких температурах СТ < 0.1Эр, - температура Дебая) является эффективным средством для определения механизмов" рассеяния электронов и '• имеет вахноё прикладное значение (криоэнергомашиностроение, металлическая электроника и т.п, ). До настоящего, времени практически отсутствовал анализ температурных' 'зависимостей теплопроводности и термоэдс, связанных с малоугловыми электрон-фононными и электрон-дислокационными столкновениями, приводящими к эффективному Межлист-ному И пайерлсовскому перебросному рассеянию в сильном магнитном поле С 33. Поэтому исследования в сильных магнитных полях особенностей поведения кинетических коэффициентов в конкретных металлах о учетом специфики их электронной и дефектной структуры в условиях ма-. лоуглового рассеяния электронов 'проводимости имеет значительный научный и практический-интерес и представляются важными и актуальными Цель исследований. Целы! настоящей работы было комплексное экспериментальное исследование особенностей низкотемпературного поведения кинетических коэффициентов чистого А1 в условиях проявления мапоугпового характера расоеяния носителей заряда на дислокациях и . низкотемпературных фононах. Для достижения поставленной цели разработаны; сконструированы, изготовлены и проградуированы экспериментальные установки, по.зволяв&ив проводить измерения кинетических ко-. эффициентов чистых Металлов Салектро- и теплосопротивления Ср и Ю; адиабатической термоэдс СЙ3)., адиабатических коэффициентов Риги-Ледска £АрдЗ и Нернста- Эттингсхаузена САнэЭ в широкой области низких температур С2-300 К) .в магнитных полях до."93 кЭ,

Научная новизна работы. Впервые на примере экспериментального исследования теплосопротивления А1 изучено влияние перенормировки " V ' ■ ' . •

электрон-фононного и электрон-электронного рассеяния малоугловьш. .рассеянием на дислокациях, которая приводит к отрицательному отклонению' от правила Маттиссена и к возрастание коэффициента электрон-электронного рассеяния приблизительно в 2.3 раза по сравнению со . значением для отожженных образцов,Показано, что температурная зависимость теплосопротивления А1 в чистом пределе определяется энергетической зависимость» неравновесной функции распределения электронов, а не процессами переброса или.импульсной релаксацией.Показано,, что температурная зависимость магнитотеплосопротивления А1 в чистом пределе определяется межлистными процессами переброса, 1)в, а частота межлистных перебросов носит экспоненциальный характер Сти)~* ехр(-То/Т). Впервые экспериментально обнаружены в температурной зависимости Арл А1 в слабых магнитных полях особенности, связанные с существенно неулругим.и ярко выраженным анизотропным характером .. .электрон-фононного рассеяния при низких температурах и с различием температурных зависимостей электрон-фононного рассеяния электронов 'в третьей зоне и дырок во второй. Впервые на примере А1 экспериментально показано, что в сильных магнитных полях температурная зави- • симость поперечного магнитосопротивления некомпенсированных полива- • лентных металлов с закрытой ПФ определяется электрон-фононными межлистными процессами переброса и имеет экспоненциальный характер при Т<То= Арз СДр- минимальное расстояние между листами ПФ в импульсном, пространстве, б- скорость звука). Впервые на примере А1 эксперимент тально показано,что термоэде 5о, изотермическая магнитотермоэде. адиабатический коэффициент Нернста-Эттингсхауэена Анэ некомпенсированных поливалентных металлов с закрытой ПФ,описываемой слабым.псеб-• допотенциалом,определяются конкуренцией двух вкладов &кл СА^") и Би СА^д), имеювдх-различные знаки. Первый связан с термической диффу- ■ зией и увлеченгэм электронов фононным' ветром в М-процессах, вычисляется через электронную и фононную теплоемкости кристалла и в магнитном поле меняется подобно коэффициенту Холла- (Риги- Ледюка). Второй обусловлен увлечением,электронов фононным ветром в Ц-процес-сах и выражается через компоненты тензора сопротивления в магнитном поле и имеет экспоненциальный характер при Т<То. Получение корректных значений параметра Т0 из данных по магнитосопротивлению, магнитотермоэде и Анэ свидетельствует об адекватном описании экспериментальных данных диффузионной теорией кинетических коэффициентов Гур-• жи, Копелиовича, Ильевского и открывает новые -возможности для опре- _ деления щелей между листами ПФ металлов.

4

Практическая значимость работы состоит:

- в совершенствовании методики исследования гальвано- и термомагнитных эффектов в широкой области низких температур в сильных магнитных полях;

- в использовании части экспериментальных данных в качестве спра-. вочных (коэффициенты Риги-Ледюка, Нернста-Эттингсхаузена) и базовых С магнитозлектро- и теплосопротивление) при заполнении банка данных "СгуоА1",предназначенного для использования при расчетах и конструировании мощных криорезистивных магнитных систем на основе А1;

- в'разработке нового метода определения минимальных расстояний ■ между'листами замкнутых ПФ металлов.'

защиту выносятся следующие положения:

1. Теплосопротивление исследованного А1 Ср293К/р4 2К=®00~^0000'> в интервале температур (6-12) К можно описать зависимость», учитывающей рассеяние электронов на статических дефектах кристаллической

'• решетки,на фононах и на электронах. Введение дополнительного источника анизотропного малоуглового рассеяния в,виде дислокаций прнво-, дит к отрицательному отклонению от правила Маттиссена и увеличению электрон-электронного рассеяния в- 2.5 разпо сравнению с его значением для отожженных 'образцах. ' • ■

2.' В интервале температур (25-45) К, когда определяющим является злектрон-фон'онное рассеяние (чистый предел), теплосопротивление А1 определяется нормальными "вертикальными", процессами, что' соответствует решение кинбтичебкого уравнения при корректном учете

•. энергетической и угловой зависимости неравновесной функции распре-, деления электронов, • '

3. Температурная зависимость магнитосопротивления А1 в сильных магнитных полях Сыт »1) определяется злектрон-фононными межлистными процессами переброса и имеет экспоненциальный характер при ТСТ^Арэ.

4.-Магнитотеплосопротивление А1 в чистом пределе (12-40Ж в, об. ласти сильных и промежуточных магнитных полей' определяется межлист-'.

ними процессами перебрбса Сив), а вклад нормальных процессов !<в относительно невелик.Температурная зависимость Частоты межлистных ив~.

■процессов близка К экспоненциальной: Сти)_1~ ехр(-Т /Т). Вклад "го-

0

: риэонтальньш" процессов Шг в магнитотеплосопротивление и" Иг в теплосопротивление А1),' по-видимому, носит' "нерелаксационный" характер.

'5! В слабом магнитном поле- СН = Г - 2.5 ■ кЭ) на температурной зависимости произведения (Арл;Т) наблюдаются максимум при Ь 8 К и минимум в.окрестности.25 - 30 К,-Наличие первого можно связать с

.' ; ' ' - .Л' •• '.'■.'.'■

различием температурных зависимостей электрон-фононного рассеяния электронов в третьей зоне и дырок во второй, а второго - с существенно неупругим и ярко выраженным анизотропным характером электрон-фононного рассеяния при низких температурах.

6. Реэутьтаты экспериментального исследования показывает, что термоэде So, изотермическая магнитотермоэде SH и адиабатический коэффициент Нернста-Эттингсхаузена Анэ Al определяется конкуренцией двух вкладов, имеющих различные знаки. Первый вклад связан с термической диффузией и увлечением электронов- фононным ветром в N-процессах, он может быть определен через электронную и фононную теплоемкости кристалла, а в магнитном поле изменяется подобно коэф-' фициенту Холла (Риги-ЛедюКа). Второй вклад обусловлен увлечением электронов фононным ветром в U-процессах и может быть Еыражен .через компоненты тензора сопротивления в магнитном поле и имеет экспоненциальный характер при Т<То.

Апробация работы. По материалам диссертационной работы опубли--ковано двадцать работ. Основные результаты из приведенных в диссертации докладывались и обсуждались на: III Всесоюзном совещании по низкотемпературным теплофиэическим измерениям, Москва, 1983; II Всесоюзном симпозиуме "Стали и сплавы в криогенной технике",Батуми-Харьков, 1983; Международной конференции "Криогенные материалы и их сварка", Киев, 1984; IV Всесоюзной научно-технической конференции по криогенной технике, Москва, 1987; VII Всесоюзном семинаре "Электронные свойства металлов при низких ' температурах",-' Донецк, 1991; 29 Межгосударственном совещании по физике низких температур, Казань, 1992; 14«th international -cryogenic engenearing conference and international cryogenic materials conference, Kiev, 1992; конференции физического факультета Харьковского госуниверситета "Физичесю.э явления в твердых телах", Харьков, 1993; 13th General Conference of the Condenced Matter Division European Physical Society, Regensburg, 1993; XX International Conference on Low Temperature Physics, USA, Oregon, 1993. -

Объем и структура.работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения,списка литературы и содержит 6 таблиц и 28 рисунков Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, изложена научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. . ' ■ • .

В первой главе приведен обзор теоретических работ, посвященных

6 - '

электрон-фононной релаксации в-нормальных металлах при низких тем пературах (Т<0. 1бс) и влияние примесей и дислокаций на нее. В частности, в рамках диффузионного подхода рассмотрены задачи электро- и магнитосопротивления,тепло- и магнитотеплосопротивлёния, термоэдс и магнитотермоэде. Также рассмотрена задача электрон-электронного рас-1 сеяния в простых металлах при низких температурах. Во второй части первой главы выполнен обзор экспериментальных работ по исследованию кинетических коэффициентов алюминия (электро-, теплосопротивления и "термоэдс) в отсутствии и при налични магнитного поля

Вторая глава посвящена методике и технике эксперимента. Для • осуществления поставленной задачи потребовалось решить следующие методические вопросы: создание комплекса устройств для исследования пяти кинетических коэффициентов на минимальном количестве образцов эа минимальное число измерительных циклов; отработка вопросов измерения температуры и малых разностей температур в сильных магнитных полях; создание методики измерения магнитотермоэлектрических эффектов на чистых металлических образцах в' широкой области низких температур; разработка методики измерений термомагнитных эффектов (магнитотеплос.опротивления) в сильных магнитных .полях в условиях проявления эффекта "шнурования". . .

Измерения выполнены по четырехзондовой схеме на постоянном токе (стационарном тепловом потоке). Продольные относительно электрического (теплового) потока эффекты (термоэдс, электро- и теплосопро-тивление) исследовались 'на образцах в виде "двухэтажных" спиралей Архимеда. .Поперечные коэффициенты (Риги-Ледюка • и Нернста-Эттингсхаузена).измерялись на образцах в виде плоского разрезного кольца. Спиральная и кольцевая форма-образцов позволяет получить в ограниченном объеме магнитной системы приемлемый. уровень измерительного сигнала за счет увеличения длины образца, а не уменьшения его сечения. К тому же при такой геометрии образцов минимален градиент поля магнитной системы вдоль электрического (теплового) потока и, следовательно, эффект "шнурования". Измерения магнитосопротивления проводились -также'Vгеометрии диска Корбино, что позволило-получить в сильных магнитных полях.гораздо больший уровень измерительного сигнала. . ; •

Для измерения магнитотермоэлектрических- коэффициентов (магнитотермоэде. и Нернста-Эттингсхаузена) в качестве реперного материала использовались медные потенциальные провода, проградуированные по специальной методике в интервале от 2 до 150 К в магнитных полях до '■' • • ■ :■ -7 '

92/кЭ. Аналогичным образом проградуирована термопара Си+0.1 , ат.лГе+1 ат. %Ы-Си, попользовавшаяся для измерения малых .разностей температур. .

Полупроводниковые Термометры - сопротивления типа КГ. я КГГ, изготовленные ,в ИП АН УССР,- градуировались в магнитном поле по оригинальной методике.

В третьей главе приведены результаты исследования теплосопро-тивления и,электросопротивления отожженных .и пластически деформированных образцов поликристаллического алюминия с РРй = Р293к/р4 2К ? '600 - 30000'при температурах 4 - 80 К и проведен анализ различных механизмов рассеяния электронов проводимости.

Теплосопротлвление алюминия в грязном пределе С6 - 12) К описывается классическим выражением: . ■ •

ИСТ). = С/Т + А^'Т + ВМ-'Тг Ш„ ' .

учитывающим рассеяние электронов проводимости на электронах С член АТ). фононах (ВТО и дефектах кристаллической решетки (С/Т). Полученные значения коэффициента А подтверждают- выводы теории МакДб-нальда [4] о сильном возрастании электрон-электронного рассеяния при низких температурах за счет эффекта фононной экранировки.

' Введение дополнительного источника анизотропного малоуглового рассеяния в виде дислокаций перенормирует электрон-электронное взаимодействие, увеличивая коэффициент А в 2.5 раза для теплосопротив-ления и на 30 У. для электросопротивления по сравнению с отожженными -образцами,и приводит к уменьшении коэффициента В-отрицательному. отклонению от правила Маттиссена. Эти результаты находят при определенных допущениях свое объяснение в рамках теории Каве-Визера С 53. ■ В интервале температур (25 - 45 К), когда определяющим является электрон-фоконное рассеяние (чистый предел), теплосопротивление алюминия опись« 1ется выражением ..

ИСТ.) = С/Т + в'^А ш % 2.9 ^ 2.4, (2) что нельзя объяснить вкладом межлистных процессов- переброса, т.к. существенный вклад процессов переброса в теплосопротивлении должен проявляться в виде существенных отклонений - от закона Блоха для электросопротивления, которые для алюминия не,имеют места.' В то же время экспериментальные данные удовлетворительно согласуються с результатами расчетов Каса [61, а при учете вклада так называемых "нерелаксационных" процессов согласие становится очень хорошим. • Ото может служить доказательством в пользу того,' что такое поведение теплосопротивления обусловлено, в. первую очередь, энергетиче-

8 .

екай зависимостью неравновесной функции распределения элс-ктронсь.

В четвертой главе рассмотрены результаты измерения температурных зависимостей поперечного мапштосопротивления ьысокочистого алюминия и компонент тензора мапштотеплосопротивления (№Х){ и = Аря'Н). Измерения магнитосопротивления выполнены б геометрии диска, Корбино во внешнем магнитном поле, вектор индукции которого нормален плоскости диска и тока. При этом поле Холла "закорачивается", и ток проводимости.для некомпенсированных металлов определяется целн-■ком только столкновительным, механизмом, а'магнитосопротивление рн и магнитоэлектропроводность сгн связаны соотношением: рн т = сгн где сгн т = а0 т''Сын Большие значения рн т при от >\ 1 позво-

лили- более тоуно выделить часть проводимости, связанную с электрон-фононным взаимодействием при Т ■* 0. Анализ температурной зависимости проводимости в рамках диффузионной теории показал, что в сильном' магнитном поле она описывается'зависимостью:

Чт^Н.О

^3. 4£0.1 ^^^ Т2ехр(-Т0Л) 12 К <Т<Т0 . (3)

-• ' Т-ехрС-Т0/Т) ' 6 К ¿Т< 12'.К и определяется межлиотными процессами переброса, ' которые осуществляются в окрестности ^-орбит между дырочным листом во второй зоне Бриллюэна и электронным листом (в виде трубок вдоль ребер зоны) в третьей зоне и соответсвуют модели вытянутых лунок . Полученное значение параметра Т0.='(22 ±.0.4) К хорошо согласуется с известным

значением энергетической щели-е^,- 0.0036 йу. • 'Л

Магнитотеплосопротивленйе А1 исследовано на образцах с ККЯ=600-

30000 в интервале температур С4 - 80) К в магнитных полях до 60 кЭ, Поведение магнитотепласопротивления алюминия в магнитном поле во многом-подобно поведению магнитосопротивления При

этом на температурной зависимости магнйтотеплосопротивления имеется два характерных участка, которые описывается выражением С2) с т = 1.89 ±'0.09 в интервале? (5.5-12.3) К и т - 1.05 ± 0. 03 в интервале (25 - 40) К. В то же .время ''оказалось; что число Лоренца. (Ь = р'ОТ). ейабо зависит от магнитного-поля..и КН=60 кЭ; Т) ^= ХСН=0; ,'Г) с точностью'~ 30%. .Такое, поведение .мапштотеплосопротивления и числа-Лоренца можно понять, если, предположить, что в чистом пределе для теплосопроти'вления и электросопротивления "синхронно" по мере увеличения магнитного поля доминирующий механизм релаксации - элек-трон-фононныа И-процессы сменяются 11-процессами. Аппроксимация экс. В '••-.' - ■ '

периментальных значений идеального магнктосопротивления в интервале С12. 5 - 40) К выражением:

V = W„ - С/Т = ВТ2 4. DIk ехр(-Т0/Т) (4),' . где второй член описывает вклад U-процессов, показывает', что поведение магнитотеплосопротивления алюминия в чистом пределе определяется переброской составляющей на SO"/, и именно за счет этого в интервале (25 - 40) К WH - Т1'®^. При этом частота перебросов между листами поверхности Ферми т"1 Т"0-1;ехрС-Т /П. Учет импульсной релаксации в V в соответствии с формулой Вильсона Не приводит к существенным изменениям, в то же время использование закона Видемана-Франца для импульсной компоненты не позволяет удовлетворительно ап-. прокотировать данные выражением типа (4).

Эффект Риги-Ледюка чистого алюминия CRRR. ^'24000) исследован в диапазоне температур (4-80) К в магнитных полях от 1 до 60 кЭ. В сильных магнитных полях поведение произведения коэффициента Риги-Ледюка на температуру С АрдТ) подобно поведению коэффициента Холла C.Ajj), что и неудивительно, т.к. мы оперируем величиной, определенней аналогично А^: АрЛ = уТ /CqxH^) Сгде q = CqK,0,0) - плот- '■

ность теплового потока; Н=(0,0,Н,)- напряженность магнитного поля). .В слабых и промежуточных магнитных полях С-Н=1; 2.5; 5 кЭ) на температурной зависимости произведения (АрлТ) обнаружен« максимум-в окрестности Т 7 К и минимум при температурах 25, 35 и 45 К, соответственно. Наличие минимума объясняется существенно неупругим и •' малоугловым характером процессов электрон-фононного■ рассеяния ■ при низких температурах и свидетельствует о существенном изменении анизотропии электрон-фонФнного рассеяния, что связано с резкой активи-заг.чей меклисткых процессов переброса в алюминии при температурах Т>Т0= 22 К. Существенно большее (для Н = 1кЭ на целый порядок) зна- ' чение минимума .ю сравнению с расчетным значением [8J можно объяснить тем, что при расчетах использовалась модель не вполне адекватная реальному алюминию.

' Происхождение низкотемпературного максимума,, по-видимому, имеет ту же природу, что и подобный максимум на температурной зависимости коэффициента Холла А1 в истинно слабых магнитных полях.Наличие этого максимума можно объяснить, если предположить, что вклады "ребер" 2-ой зоны и "рук" 3-ей зоны имеют приблизительно одинаковую величину и разные знаки при ТчО и T-»0D, но в слабых и промежуточных маг-' ' нитных полях при более быстром росте с температурой вклада "рук", их взаимная компенсация нарушается,приводя к наличию максимума.

' ■ ' '10 ' ' . ■

В пятой главе приведены результаты исследования продольной Sxx а А„_ • Н_

и поперечной = —.ц ■ ■ компонент тензора адиабатической магни-Ух '"xx

тотермоэдс высокочистого алюминия (RRfte 24000) при температурах (4- 80) К в магнитных полях (0 - 60) кЭ, и в рамках диффузионной теории [9] проведен анализ механизмов электрон-фононной релаксации в термоэдс и магнитотермоэдс некомпенсированных поливалентных металлов с замкнутой ПФ.

В интервале температур (10 - 25) К экспериментальные значения термоэдс SQ хорошо 'Совпадают с расчетными значениями

" Т"5™ = " 3 СаоТ + Ь0Т3) = - з-С15Т + 0.09Т3) [нВ/К], (5) Где SKn состоит из двух вкладов - диффузионного (а.Т) и увлечения.

о О

фононами в N-процессах (bQT ), которые выражаются через электронную •и решеточную теплоемкости металла, соответственно..

Выше 30 К экспериментальные и расчетные значения SKI1J

резко расходятся в связи с активизацией процессов переброса при T>TQ и возрастанием перебросного вклада Sy. Причем Sy) 0,в то время как SQ<0. В интервале Т = (30-60) К температурная зависимость пере-.'бросного-вклада Sy •= SQ + 'g-SKJ! описывается степенной зависимостью с показателем степени m ^-4,8, что хорошо коррелирует с поведением ■ электросопротивления,с которым перебросный вклад термоэдс связан соотношением t9J рбЛ, где 6 - слабая функция температуры.

Наложение магнитного'поля приводит к тому, что при низких тем- ■ пературах (Т< 12 К) термоэдс Sxx становится более положительной вплоть до изменения 'знака в больших полях, а при Т>12К - более отрицательной. При Т > 40 К влияние' магнитного поля ослабевает.

Коэффициент НерНста-Эттингсхаузена при Т 0. приближается к своему диффузионному значению А°э, равному - 5.9'10 м3/Дж и .связанному с электронной теплоемкостью. Температуроэависящая часть Анд ..представляет собой составляющую фононного увлечения, которая для чисто нормальных процессов электрон-фононного рассеяния выражается через фононную теплоемкость и должна быть отрицательной. То, что (Анэ>- А°э) > 0, свидетельствует о сильном влиянии U-процессов на эффект Нернста-Эттингсхаузена.;

Используя измеренные значения'коэффициентов Sxx, AHg, Wxx,■ Арл и известные соотношения для компонент адиабатической и .изотермической магнитотермоэдс, были вычислены значения' изотермической магнитотермоэдс Sxx и Sxy в интервале температур (3 - 80) К. в поперечных магнитных полях Н = 1; 2.5; 5; 10; 20; 40; 60 кЭ.

Анализ изотермической магнитотермоэдс чистого А1 в ранках диффузионной теории [9] показал,-что §и состоит,-из двух конкурирующих вкладов.- 2й = £кл' + 5и. Первый вклад ё"" обусловлен действием градиента температуры на электроны и увлечением фононным ветром в К-процессах и выражается через электронную и фононну» . теплоемкость кристалла; а в магнитном поле меняется подобно коэффициенту' Холла: •

2хх ' 2ух = .V13' ^ '

V-p*-AV/ru , 1 ¿^•С Д^.- А\0 +

; г "" г- + } I' .^ук . г г '

(W'p1). +CAV) :. J Срг -й) + ■ '

где

7 _ An

V

. 1+а-2-иг . i-w ^z,

Wt коэффициент отражения,' который при заданном входящем пот.оке-- в лунку- дает доле электронов, вышедших по орбите, из эквивалентной лунки; п0~число. свободных электронов;'An=ne-n^- разность плотностей электронов и'дырок; }-u=Cur|J)~1. В сильных магнитных полях ZKX ^ 1. и значения■ , представленные-в. координатах. Sxx/T =.f£T^) при Т -» О, • когда и-процессы вымораживаются и -» 0,. дают значение <г0 = .£15 ± 0.1)мкВ/К ; что хорошо согласуется с данными других-авторов [ЮЗ. • , Второй вклад Su связан с электрон-фононными процессами переброса, выражается через компоненты тензора магнитосопротивления и, . 'следовательно, при Т <'TQ имеют экспоненциальную температурную за-

.■ ВИСИМОСТЬ: ' " Sy = - \-р х; ' ' Б«- = - ---Z ,, . . " (7) "

- ■ _ хх Т хх. У* .Т-е-с-Д:; У*

где 6 = е-Дп-<5/р;.

■ Используя полученное значение а0 и литературное значение ■&s-Q.03 мкВ/К4, были вычислены значения S^ и Sxx. Оказывается, что .При Низких температурах, когда U-процессы'существенно выморожены, в преобладает'положительный вклад Sx^, но пс? мере активизации ■ процессов-переброса при повышении температуры, отрицательный вклад превосходит и делает Sxx- отрицательным. Сопоставление температурных зависимостей S" и pv показало,, чт.о ' .

•1

Т0;6 при Т < Т const при X > TQ '12 ' '

о

С8)

Представление в координатах 1пС-ТС1 ~га:! = Г(Т-1) выявило 3 линейных участка, наклон которых с учетом выражения С 3 ) дал

■ следующие значения параметра Т0-в показателе экспоненты:

, 5.2 К при 3.2 К < Т < б К ' Т0 = I 20.2 К при'б К < Т < 11. К ., С9).

22.5 К при И К < Т С. 22 К Эти три участка соответствуют активизации при повышении температуры . (или, наоборот, вымораживаний при понижении температуры) межлистных процессов переброса в окрестности /3-арбит ¡СТ. = СЗ-6) К и в окрест-'ности р-орбит СТ ='(6-22) К). Разбиение интервала температур Т = (6-22) К на Два связано со спецификой "горячих областей", которые описываются моделью "вытянутых лунок". ■ ■

-СА-.Т) + ЗСАрлТ) .При ит>1 САрлТ)=сопз1., -А})эг - -х-х трл-. =- -ххт рл ,' т.е.

Анэ так же, как и | состоит.из двух конкурирующих вкладов: А*д =

- (V + ¿0-Тг)-САрлТ) .руУСАРЛЪ; вклад при Т.< Т0 /

имеет экспоненциальную температурную зависимость,' естественно, с теми же показателями экспоненты Т0, что и для

Используя в качестве исходных данные работы [111, аналогичные результаты получены для 1п. ' . .

Заключение..

Результаты комплексного исследования кинетических свойств чистого алюминия (электро-, и теплосопротивления;- магнитотепло- и маг-нитосопротивления; адиабатической термоэдс и магнитотермоздс; эффектов Риги-Ледюка и Нернста-Эттингсхаузена). в поперечных магнитных полях от 0 до 60 кЭ в интервале низких температур от 3 до 80 К показывают, что для поливалентных некомпенсированных металлов с зам-

■ кнутой ПФ межлистные процессы переброса существенно повышают эффективность рассеяния электронов на- малоугловых рассеивателях (низкотемпературных фононах и дислокациях), приводя к ряду особенностей в' поведении кинетических коэффициентов, в частности:

1.. В сильных магнитных полях (ыт » 1) температурная зависимость ' магнитосопротивления определяется электрон-фононными межлистными процессами переброса и имеет степенной характер с показателем, сте--. пени т=3.4±0.1 при Т>Т0 и экспоненциальный характер при Т<Т0., Причем вид предэкспонекциального множителя ¡зависит от топологии "горячих областей", между которыми осуществляются процессы переброса.

2. Изотермическая магнитотермоздс и адиабатический коэффициент ■ ' ■ .13

Нернста-Эттингсхаузена определяются .конкуренцией двух вкладов, имеющих различные знаки. Первый вклад связан с термической диффузией и увлечением электронов фононным ветром в-N-процессах. Он может быть определен через электронную и. фононную теплоемкости металла, .а в магнитном поле изменяется-подобно коэффициенту-Холла СРиги-Ледюка):' Второй - обусловлен'увлечением электронов фононным ветром в U-npo-' цессах и может быть выражен через компоненты тензора магнйтооопро- .. тивления и имеет экспоненциальный характер при T<TQ.

3. 'В чистом пределе, когда определяющим является электрон-фононное рассеяние Сдля А1 -Т = С12 - 40) К), в области сильных и промежуточных магнитных полей магнитотеплосопротивление определяется. меклистными процессами переброса UB, а.вклад нормальных-процессов NB относительно невелик. Температурная зависимость частоты меж-листных Ug-процессов близка к экспоненциальной: С'ти)~*~ехрС-Т0/Т). ■ ;

\ '4.. В слабом магнитном поле Н = С1 - £.5) кЭ для алюминия на температурной зависимости-произведения коэффициента Риги-Ледюка на температуру наблюдается максимум при Т ~ 8 К и минимум в окрестности С25-30) К. Наличие максимума можно связать с различием температурных зависимостей электрон-фонокного рассеяния электронов в третьей зоне и дырок во второй зоне; а минимума - с существенно неуп-.-ругим и ярко выраженным анизотропным характером электрон-фоншшого ■ рассеяния'при низких температурах. • . /■'.' ■

5. В отсутствии магнитного поля вклад процессов переброса в ре-, лаксацию носителей мал. Температурная зависимость электросопротивления А1 в чистом пределе описывается зависимостью близкой к бло-ховской и определяется нормальными "горизонтальными" (Np) малоугло-ьыми процессами электрон-фононного- рассеяния. Теплосопротивлоиие же . в этих условиях пропорционально Тш,. где т= 2.4 + 2.9 и определяется нормальными-"вертикальными" CNB') процессами, что.соответствует решению, кинетического уравнения При корректном учете энергетической • зависимости.неравновесной функции распределения электронов.

В интервале,температур С6-12Ж. теплосопротивление исследованного А1 можно описать зависимостью, учитывающей рассеяние электронов на статических дефектах кристаллической решетки, на фононах и на ■ электронах. Введение дополнительного, анизотропного малоуглового, рас- ' •сеяния в виде дислокаций приводит к отрицательному' отклонению от, правила Матт.иссена и к увеличению' электрон-электронного рассеяния' . в' 2.5 раза по сравнению со значением в отожженных образцах: .. Вклад '"горизонтальных" процессов CNr в теплосопротивление и, Ur

в магнитотеплосОпротивлёние ), по-видимому., носит нерелаксационный характер.

Что же капается термоэдс, то, благодаря большому ' значению составляющей' фононного '.увлечения, вклад процессов переброса заметен, правда, только при Т >' TQ. При этом знак этого вклада, как и в магнитном поле, противоположен знаку диффузионной составляющей и сос-. тавляющей фононного увлечения, обусловленной N-проЦессами. ■ ■ 6. Получение корректных значений'параметра Т0= Др-э'из температурных зависимостей-рн, Sxx и- Анд- свидетельствует об адекватном описании кинетических коэффицентов диффузионной теорией Гуржи-Копелиовича-Ильевского и открывает новые возможности для определения размеров.щелей между листами замкнутых ПФ металлов.

Список цитированной литературы:

1.Аэбель М. Я. , Лифшиц И.'М. , Каганов М. И. Электронная-теория метал., лав, - М.: Наука, 1971 г. • ' ■ "

2. Каганов М. И.-, Лифшиц И. М. Электронная теория металлов и-геометрия // УФН. - 1979. - т. 129,. в.3. - с'. 487-529.

3. Pippard А. В. The influence of femall-angle scattering on metallic conduction //Proc.Roy.Soc. Ser.A, 19Б8, v.303, p.291. '

, 4. MacDonald A.H, Electron-phonon Enhancement of Electron-Electron Scattering in Al//Phys. Rev. Lett.-1980.-'44,N 7.-p. 489-493.

..' 5. Wiser N. Transport, Properties of Simp 2'. Metal s//Physica Scripta.-1982.- Т1,- p. 118-123.

6. Kus F. W. The electronic thermal conductivity of simple metals and alloys: Lithium and aluminium // J. Phys.F: Metal. Phys. - 1978,- 8,' N 4,- p. 651-637. ' ' . '"

7. Гуржи P.H., Копелиович А. И. Низкотемпературная электропроводность чистых металлов // УФН, - 1981,- 133, в.1,- с. 33-74.

■ 8. Алиев А. М. , Жернов А. П. , Пашаев X. М. Температурная зависимость коэффициента Риги-Лёдюка в металлах со сферической поверхностью Ферми //ДАН Азерб. ССР. - 1980.-: 36, N7,- с. 32-35. 9. Копелиович А. И. ,. Ильевский В. И. -, Моргун В. Н. , Чеботаев Н.Н. Механизмы электрон-фононной. релаксации, в Термоэдс и магнитотермоэдс некомпенсированных.металлов с замкнутой поверхностью Ферми//ФНТ. -_ 1993.- 19, N9,- с; 1001-1007. '

'10.Thaier В.J., Fletcher R., Bass J. The-low-temperature high-field Nernst-Ettingshausen coefficient of A1//J.Phys.F.-1978.-8,. Nr 1.-p: 131-139: •' .

■11. Fletcher R. The transverse лlagnetothermoelectric properties of

an indium, single crystal у/ J.'Low Te'mp.Phys: -. 1978. - 30., N 5/S. - . p.'773-795', .' .'.'.; .

Основные результаты диссертации отражены в работах:

. '1. Моргун В, Н. . Чеботаев,Н, Н. Гиперпроводяшдй алюминий- электротепло-фиэичес'кие свойства в полях 0-100 кЭ в интервале-4-50К // ВАНТ, Термоядерный синтез..-' 1988.-. в,2.- с. 25-30, 2. Моргун В,Н., ■ Чеботаев Н.Н. Электрон-электронное рассеяние в пластически Деформированном алюминии/'/ФММ, - 1889,- 67, в. 1. - о. 85-92. ■ 3.Моргун.В, Н. , Чеботаев Н.Н. Экспоненциальная температурная зависи- '

мость магнитосопротивленйя.-'высакочистого алюминия' в сильных маг'.' "нйтных полях.//ФНТ.-1,992,-т. 1'8,' N 2.'.-с. 140-143..'

- 4, Моргун В, Н. , Чеботаев Н.Н. Коэффициент Нернста-Эттингсхаузена'в

. высокочистых алюминии и индии и экспонента Пайерлса. //ФТТ, -1993,-. 35,' N 5.-, - 1363-1374.--. ■ .'■..*' ' '.','

'5. Моргун. В.Н., Чеботаев Н.Н.', Ильевский В.Й. Механизмы электрон-фо-

нонной релаксации в термо-эдс •'. и. магнитотермо-здс 'А1и In // . ФИГ,- 1993;- 19, N 10. - .0.1087:1097. ■ ' " ' .

6. Чеботаев Н. Н.:, Узбек Е. А. Эффект Ригй-Ледюка В чистом А1 при низ-:'ких температурах и/ФНТ.-1993. - 19, N 10,- сЛ138-113Э.

7. Horgoon -Vi'M., V.A.-Bondar, N. N.'Chebotaev,'N. Gurzgi," А. I. КореЦо-. . Vich. New method for determination of the -split ; value ' between

.sheets of Fermi-surface of metals//13th General Conference of the Condensed Matter Division European Physical .Society', Regensburg, ■ ' March 29 - April 2, .1993, ME12.33, p. 1268. СВ кн. -: "Europhysics '/ conference abstracts",, у, 17A, N 5/1993. , ■ •. /

- 8. V. N. Morgoon, R.N. Gurzhi, A! I. Kppeliovi'ch,' V. A. Bondar, N. N. Chebota-

ev. Determination the.intersheet gaps ah Fermi.surface of', metals by investigating Pierl's exponent in high magnetic' field'//. XX. . ', International Conference o,n .Low Temperature Physics. - Eugene, ■Oregon, USA.. -,1993.'- PK-34.