Кинетические явления в проводящих микроконтактах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

£60/ /Л

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК УССР

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

На правах рукописи УДК 539.21

ШКЛЯРЕВСКИИ Олег Игоревич

КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРОВОДЯЩИХ МИКРОКОНТАКТАХ 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

4/ ^с л*

- Харькову 19а9 Д/ Ш /¿Л с^г^С^^^Г. I МЦЪ \

Работа выполнена в Физико-техническом институте низких температур АН УССР

Официальные оппоненты.- академик АН УССР, профессор

Барьяхтар В. Г.,

доктор физико-математических наук, профессор Брандт Н. Б., академик АН УССР, профессор Еременко В. В.

Ведущая организация: Физический Институт АН СССР, Москва.

Зашита состоится "_"_19 г. в_

часов на заседании Специализированного Совета Д.016.27.01 при Физико-техническом институте низких температур АН УССР в помещении института по адресу: 310064, Харьков, проспект Ленина, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИНТ АН УССР

Автореферат разослан "_"_19 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат физико-математических наук /У/л.1л ^ Е. Н. Хацько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- •со;-'' ^АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Интенсивные исследования электричес-^-ких—контактов в первой половине нынешнего столетия были вызваны к жизни бурным развитием электро- и радиотехники, средств связи. Во всех этих случаях речь шла об изучении контактов макроскопического размера, плотность тока в которых не превышала 102-103 ¿'см2, а отличие их характеристик от обычных проводников определялось главным образом геометрией и состоянием контактирующих поверхностей. Обширные сведения о механических, тепловых, электрических и других свойствах металлических контактов содержатся в [I].

Лишь в последние 15 лет электрические контакты стали предметом фундаментальных исследований в низкотемпературной физике твердого тела. На возможность использования контактов с баллистическим пролетом электронов для изучения поверхности Ферми указывал еще Шарвин 12], однако их спектроскопические свойства впервые были обнаружены в экспериментах Янсона [31, реализовавшего на практике точечные контакты с диаметром б % 10 г- Ю3 Й и плотностью тока .] Юа - Ю10 А/см2, где область концентрации тока имела размеры много меньше длины неупругой релаксации носителей. Такое пространственное разделение области сильного возмущения электронов и области передачи их избыточной энергии решетке исключает нагревные эффекты. Второе важное следствие малости диаметра микроконтакта по сравнению с длинами неупругой релаксации - постоянство максимальной избыточной энергии, приобретаемой электронами и равенство ее приложенному к берегам контакта электрическому смещению. Таким образом, из нелинейной электропроводности микроконтакта мы получаем возможность определения энергетической зависимости длин релаксации электронов.

Теоретическое обоснование наблюдаемого явления принадлежит Кулику, Омельянчуку и Шехтеру, впервые подробно исследовавшим характер неравновесности в электрон-фононной системе [41. Совместно с приоритетными экспериментальными работами это составило предмет открытия С регистрационный номер 328)

Однако, вплоть до начала настоящих исследований микроконтактная (МЮ спектроскопия использовалась исключительно для исследования электрон-фононного взаимодействия (ЭФВ) в чистых нормальных металлах [5,6,7], что, безусловно, сужало область применения и резко ограничивало потенциальные возможности метода. .Кроме того,

хотя теория нелинейной электропроводности микроконтактов и позволяла перейти от качественного анализа результатов к их количественной обработке, ряд ее положений требовал экспериментальной проверки и уточнения на модельных объектах. Предполагалось также [81, что практически без потери информации метод может бьпъ применен к исследованию систем с достаточно короткой длиной упругой релаксации носителей при условии, что неупругая или диффузионная длина остаются больше размеров контакта. Это позволило бы исследовать различные механизмы рассеяния электронов в проводящих сплавах и соединениях, но прямое экспериментальное подтверждение подобной возможности отсутствовало.

Малость размеров микроконтакта, определяющая возможность создания сильно неравновесных электронных и фононных состояний должна обусловливать появление новых эффектов не только в электропроводности, но и теплопроводности, а также термоэлектрических явлениях в контактах. Однако какие-либо исследования в этой области не проводились.

Наконец, вне поля деятельности МК спектроскопии продолжают оставаться полупроводники, прикладное значение контактов на основе которых трудно переоценить. Отдельные попытки их исследования наталкивались на серьезные трудности экспериментального плана и в интерпретации результатов. Наиболее последовательный путь продвижения в этом направлении лежит через изучение контактов из полуметаллов, где помимо ожидаемой высокой чувствительности к внешнему магнитному полю могут стать существенными и квантовые эффекты.

Это определило цели и направления работы, заключающиеся в следующем:

- комплексное изучение МК спектров чистых металлов, их количественная обработка и анализ на основе теоретических моделей и расчетных функций ЭФВ;

- распространение метода на проввдящие системы с малой длиной свободного пробега носителей Сквазибаллистический или диффузионный режимы протекания тока через контакт) и изучение динамики рассеяния электронов проводимости одиночными микроскопическими центрами;

- исследование проводимости микроконтактов на основе металлов, сплавов и соединений в тепловом режиме, выяснение возможности температурной модуляционной спектроскопии с помощью микроконтактов;

_- изучение особенностей явлений переноса в микроконтактах, включая термоэлектрические эффекты и теплопроводность;

- исследование характера нелинейной электропроводности микроконтактов во внешнем магнитном поле: классические траекторные и квантовые эффекты;

- экспериментальное обнаружение и изучение квантовых интерференционных эффектов в электропроводности точечных контактов:

- выяснение возможности исследования с помощью микроконтактной техники гетерофазных систем, содержащих гвазинульмерные включения в области концентрации тока.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, определяется уникальным характером исследуемых объектов, позволяющих создавать и изучать хорошо определенное сильно неравновесное состояние в электронной системе, не имеющее аналога в физике проводников. Основные результаты, перечисляемые ниже, получены в данной работе впервые и выносятся на защиту:

1. Проведено всестороннее исследование МК спектров щелочных СМа, К, 1Л), .благородных (Ад ,Аи), двухвалентных гексагональньж (Бе. Мд) и ферромагнитных (Ге, N1, Со) металлов, для которых с использованием теоретической модели контакта проведено восстановление Ш функций ЭФВ, определена их абсолютная интенсивность и численное значение параметра ЭФВ X. Проанализированы различные (додели учета фона в МК спектрах.

2. Изучены многофононные процессы в МК спектрах. Показано, что для большинства металлов существует удовлетворительное согласие эксперимента с расчетом, выполненным в рамках простых моделей, а относительная интенсивность максимумов, связанных с последовательным рассеянием электрона на двух фононах, позволяет определить характер распределения примесей в области микросужения, служит критерием многоконтактности и дает возможность осуществить коррекцию параметра ЭФВ.

3. Показана принципиальная возможность изучения ЭФВ в материалах с малой импульсной длиной свободного пробега электронов 1. в тех случаях, когда энергетическая длина релаксации Л£ = (1с)'/г превышает размер контакта (3. Экспериментально изучено поведение транспортного фактора МК функции ЭФВ в зависимости от соотношения между 1 и с).

4. Изучены процессы рассеяния электронов на магнитных примесях в микроконтактах, приводящие к возникновению нулевых аномалий в проводимости, исследование которых позволило определить величину усредненного транспортного фактора < К(р.р') > и значение обменной

энергии взаимодействия электрона с магнитной примесью Л, а по расщеплению нулевой аномалии при наложении магнитного поля в случае разбавленных сплавов Си - Мп - д-фактор Ланде.

5. Для сплавов с резко отличающимися массами примеси и основной решетки исследовано взаимодействие электронов с локальными (система Си-Ве ) и квазилокальными С РЬ-Мд )модами. Концентрационные зависимости ширины и интенсивности пика локальных колебаний обнаруживают сильное влияние примесей на размытие полос в МК спектрах при энергиях близких к дебаевским.

6. Рассмотрены особенности теплового режима протекания тока через микроконтакт. Однозначная связь между приложенным к контакту смещением и температурой в его центре, а также практически безынерционное преобразование напряжения в температуру позволяет осуществить модуляционную температурную спектроскопию сплавов и соединений с помощью точечных контактов, изучать фазовые переходы, сопровождающиеся изменением проводимости и восстанавливать температурную зависимость удельного сопротивления материала р СТ) и его производной р'СТ) из вольт-амперных характеристик СВАХ) микроконтакта.

7. Для благородных (Аи, Си, Ад), переходных б-металлов (Р^ Ш, Рб) и сплавов СиМп в интервале концентраций от кондо-систем до спинового стекла проведено измерение термоэдс в однородной цепи из этих материалов, содержащей в качестве одного из плечей "термопары" микроконтакт. Показано, что термоэдс увлечения фононами в контакте Зд подавлена в силу малости отношения его диаметра к длине фонон-электронной релаксации. Обнаружено также, что диффузионная термоэдс микроконтакта мала по сравнению с соответствующим вкладом для массивного материала при Т « 0С и зависит от диаметра контакта, по крайней мере, до температур порядка дебаевской.

8. Впервые реализован чисто электронный механизм теплопроводности через механический контакт двух электродов и измерена температурная зависимость теплового потока О (Т) для микроконтактов Аи - Аи. Показано, что при Т » 25 - 30 К О СТ) определяется соотношением между длиной свободного пробега электронов и диаметром контакта, приближаясь по мере увеличения \/д. к квадратичной зависимости. Измеряемые в одном эксперименте значения О СТ) и Б СТ) дают возможность определить температурную зависимость числа Лоренца и провести независимую оценку величины диаметра микроконтакта.

9. Исследовано влияние магнитного поля на микроконтактные

спектры сурьмы для основных кристаллографических направлений. Показано, что изменение основных параметров спектра ЭФВ - интенсивности, полуширины и абсолютного положения максимумов по энергии определяется квазиодномерным характером растекания тока в микросужении и зависит от соотношения между ларморовским радиусом носителей г.,, их транспортными длинами и диаметром контакта. Обнаружено,

н

что сильная зависимость длины неупругой релаксации носителей от энергии, различный характер дисперсии для внутри- и мевдолинных фононов, а также анизотропия электронных свойств приводит к резко анизотропному и в значительной степени зависящему от энергии поведению спектров ЭВФ в магнитном поле.

10. Обнаружено аномальное поведение интенсивности осцилляций магнитосопротивления в контактах из сурьмы с гн > с(, возрастающих по мере уменьшения длины свободного пробега в области микросужения. Наблюдаемый эффект связан с увеличением компоненты скорости вдоль магнитного поля для электронов на центральных сечениях за счет изотропизации ее при упругом рассеянии. Другой возможной причиной увеличения амплитуды осциллирующей компоненты дифференциального сопротивления является дифракция электронов в контактах с диаметром порядка де-бройлевской длины волны.

11. Впервые в проводимости микроконтактов наблюдались эффекты, связанные с локализацией носителей в области микросужения. Разрушение квантовой интерференции в результате ЭФВ, приводящего к сбою фазы волновой функции электронов и, соответственно, к увеличению проводимости микроконтакта обусловливает инверсию знака МК спектра. Обнаружено, что квантовая добавка в спектр увеличивается по мере возрастания энергии. Для В1 сильное электрон-электронное взаимодействие практически полностью подавляег ЭФВ.

12. Микроконтактная техника применена к изучению сверхпроводящих включений малого размера, представляющих собой кластеры метастабильных фаз или аморфных модификаций исследуемого материала. Показана возможность определения критических параметров таких включений и предложена модель, объясняющая особенности поведения

микроконтактов. Обнаружена неизвестная ранее сверхпроводящая фаза сурьмы с Тс = 6,4 К. Проанализирована возможность исследования спектров ЭФВ материала кластера.

Научная и практическая ценность полученных результатов заключается в том, что метод МК спектроскопии был распространен на ши-

рокий круг новых явлений в проводящих системах, резко отличающихся по характеру режима протекания тока, типу изучаемых возбуждений, впервые использован для исследования квантовых эффектов в проводимости микроконтактов. Результаты работы могут быть широко использованы в других областях физики твердого тела. В работе развиты оригинальные методики, позволяющие исследовать явления переноса в точечных контактах и определять транспортные длины носителей тока.

Нельзя не упомянуть о практическом значении ведущихся работ с точки зрения дальнейшего прогресса в развитии микроэлектроники. Уже сейчас в микросхемах с высокой интеграцией элементов плотность тока в контактах достигает Ю5 - I06 А/см2 и именно их надежность определяет качество и долговечность всего устройства. Преодоление субмикронного барьера вплотную приблизит многие элементы таких схем к микроконтактам по целому ряду параметров. При этом могут оказаться существенными термоэлектрические эффекты в однородных цепях и нетрадиционное поведение теплопроводности, изученные в настоящей работе.

Нелинейные свойства микроконтактов, в частности ферромагнитных металлов и их сплавов могут найти применение в детекторах, генераторах гармоник, преобразователях частоты, работающих в широком интервале температур.

Апробация работы. Результаты работы докладывались:

- на международных конференциях по физике низких температур LT - 14, Гренобль, 1975 г., LT - 17, Jîoc Анжелес, 1981 г.

- конференциях стран-членов СЭВ по физике и технике низких температур - XX, Вроцлав, 1981 г., XXI, Варна, 1983 г., XXV, Берлин, 1986 г.

- Всесоюзных совещаниях по физике низких температур - Харьков, 1980 г., Кишинев, 1982 г., Ленинград, 1988 г.

- XV Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений, Пермь, 1981 г.

- 2-м Научном семинаре "Металлофизика сверхпроводников", Киев, 1983 г.

- Всесоюзном семинаре по низкотемпературной физике металлов, Красный Лиман, 1983, 1985, 1987 гг.

- Всесоюзных школах: " Неравновесные явления в металлических микроконтактах", Харьков,1984 г., Черноголовка, 1986 г.

. - Научных семинарах ФТИНТ АН УССР, ФИ АН СССР, ИФ1ТАН СССР, ИАЭ им. Курчатова, ДонФТИ АН УССР.

Результаты работы нашли отражение в монографиях [71 и [93, а также обзорах [5,6].

Публикации .Основное содержание диссертации отражало в 25 опубликованных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. В ней отсутствует специальна обзорная глава и соответствующий материал содержится в отдельных разделах оригинальных глав. В конце каздой из глаз имеются ииоды. В заключении приводятся основные итоги проведенных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во_В1Ё£бнии обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цели и задачи работы, дается краткая характеристика метода макроконтактной спектроскопии, рассмотрена научная и практическая ценность полученных результатов. Приведены основные поло-гения, выносимые на защиту.

Первая глава посвяцзка макроконтактной спектроскопии электрон-фононного взаимодействия в чистых металлах. Экспериментальные результаты предварены кратким изложением основных положений теории нелинейной электропроводности микрсконтактов. Мжроконтактная яункция ЭФВ может быть записана в виде:

%01ш)=§ — I !мрр'12 |кср,р'>| /(гпю3$-

р р г-Г У'У р

(I.}

и отличается от термодинамической функции ЭФВ С функции Элиашберга) наличием форм-фактора К(р,р') , отражающего транспортный характер ■электрон-фононной релаксации в микрокснтакте. Здесь Н р , - матричный элемент ЭФВ, интегрирование Еедется по поверхности Ферми, а суммирование- по всем ветвям фононного спектра а. Для случая простейшей модели микроконтакта в гиде отверстия в непрозрачной для электронов перегородке мы можем записать выражение для транспортного Фактора

I рг К I

кср.ро = =- е с -р р' ) С2)

' гр Рг' - р Рг I

учитывающее геометрию задачи и наличие выделенного направления вдоль оси контакта Сздесь ©Сх) - тэта-функция Хевисайда). Нетрудно видеть, что определяющий вклад в К-фактор вносит рассеяние на большие углы.

В разделе 1.3 рассмотрены методические особенности различных способов создания микроконтактов и степень их соответствия теоретическим моделям. Поскольку одной из задач, поставленных в работе, был переход от качественного анализа МК спектров к их количественной обработке, в этом же разделе помимо сжатого описания ставшей уже традиционной методики измерения характеристик микроконтактов, приведены способы определения абсолютной интенсивности МК спектров ЭФВ из экспериментально измеряемой зависимости амплитуды второй гармоники модулирующего сигнала от приложенного к контакту смещения. Восстановление вида функции дрс(») и вычисление параметра ЭФВ Лрс, определяющего перенормировку эффективной массы, фермиевской скорости и плотности состояний электронов, требуют последовательного учета фонового слагаемого, обусловленного реабсорбцией неравновесных фононов электронным потоком. Были проанализированы существующие модели фоновой компоненты МК спектра, наиболее последовательной из которых является модель с частичной реабсорбцией фононов, определяющейся феноменологически через частоту их ухода из контакта [10]. Установлен критерий разрешимости соответствующего интегрального уравнения для определения фона. Показано также, что использование принятой ранее эмпирической модели фона С6] не приводит к заметным ошибкам в определении абсолютной интенсивности и формы д (о), а при с1 лучше отвечают реальной ситуации в микроконтакте.

Наибольший интерес для проверки основных положении теории МК спектроскопии представляет исследование щелочных металлов. В случае сферической поверхности Ферми и принятой модели микроконтакта мы можем пользоваться усредненным значением транспортного фактора <| К(р,р-) |> = 0,25, что значительно упрошает вычисления. Высокая химическая активность этих металлов потребовала разработки оригинальной методики создания микроконтактов, позволяющей получать МК спектры хорошего качества. Для нормального квадратичного закона дисперсии взаимодействие электронов с поперечными фононами должно отсутствовать и появление низкочастотных особенностей в спектре ЭФВ возможно лишь за счет отклонения истинной формы ПФ от сферической и процессов переброса, причем влияние последних на вид

функции д (в) определяется транспортным фактором и относительная

рс

интенсивность Т-максимумов оказывается выше, чем для 91г(«) или а(о>). Еще более ярко этот эффект проявляется в калии, где искажение ПФ является более заметным. Сравнение МК спектров с плотностью фононных состояний в Ыа показьвает, что они соответствуют высокотемпературной ОЦК фазе, сохраняющейся метастабильной при гелиевых температурах, несмотря на наличие в этом металле мартенсит-ного перехода при 36 К. С другой стороны, для лития нами были получены два типа Ж спектров, отвечающих ОЦК а-фазе и р-фазе с ГПУ решеткой (температура мартенситного перехода в литии составляет 78 К).В обоих случаях интенсивность максиму»,юв, связанных с рассеянием на поперечных фононах, существенно превышает амплитуду продольных особенностей, что указывает на определяющий вклад и- процессов. Наблюдаемая форма МК спектров связана с заметным отличием ПФ лития от сферической и ее близостью к границе зоны Бриллюэна, а следовательно волновой вектор и энергия фонона, определяющие нижнюю границу рассеяния с перебросом, невелики.

В благородных металлах наличие открытой ПФ приводит к еще более заметному влиянию процессов переброса на вид д (и) и резкому

рс

возрастанию максимумов в МК спектре, обусловленных рассеянием на поперечных фононах. Показано, что начальный участок МК спектра подчиняется зависимости (м)5/г, следующей из теории при преобладании в рассеянии и-процессов.

Исследование гексагональных двухвалентных металлов показало, что в случае Мд и Ве, имеющих близкое к идеальному для ГПУ решетки соотношение с/а, форма функции дро(ы) не отличается заметно от плотности фононных состояний для этих металлов, хотя и здесь отмечается рост амплитуды низкочастотных максимумов. Это может быть использовано для получения дополнительной информации о фононных частотах и векторах поляризации колебательных мод, а также для уточнения формы фононного спектра и анализа его анизотропии.

Металлы группы железа, как и переходные с!-металлы вообще, являются весьма сложными объектами для МК спектроскопии. Одна из причин этого - резкое убывание неупругой длины свободного пробега с энергией, что может привести к нарушению соотношения Л£ » (1 Вторая - наличие у этих металлов проводящих окислов, шунтирующих микроконтакт даже при гелиевых температурах. Кроме того, в магни-тоупорядоченных металлах наряду с ЭФВ должно наблюдаться рассеяние электронов на спиновых волнах. Несмотря на то, что для N1, Ге и

Со спектры электрон-фононного и электрон-магнонного взаимодействия разнесены по энергиям, наличие альтернативного механизма рассеяния с неизбежностью приводит к искажениям спектров ЭФВ. Тем не менее, восстановленные из налшх экспериментов функции д (ы) до настояще-

рс

го времени являются единственными известными функциями ЭФВ для ферромагнитных металлов.

Для всех исследованных металлов бьш определен параметр ЭФВ Хрс = 2 $ сЬ дро((о)/'ы , который оказался в хорошем согласии с литературными данными для X и X , а также результатами теоретических расчетов. Независимый теоретический расчет ш) дает возможность путем сравнения с экспериментом уточнить параметры используемого псевдопотенциала и использовать его в дальнейших вычислениях плотности фононных состояний, транспортной и термодинамической функций ЭФВ, кинетических коэффициентов в металле.

Процессы второго порядка по ЭФВ, ответственные за появление фона на МК спектрах, приводят также и к немонотонной зависимости от энергии сигнала второй гармоники модулирующего напряжения при энергиях, лежащих за граничной частотой спектра и обусловленной многофононными процессами рассеяния. Обработка полученных нами результатов была выполнена в рамках простой модели, предложенной ван Гельдером, которая, несмотря на ряд присущих ей ограничений дает хорошее качественное, а в некоторых случаях и удовлетворительное количественное согласие с экспериментальными данными и позволяет с помошью несложных расчетов получить дополнительную информацию о микроконтакте. Так, при наличии в области микросужения равномерно распределенных примесей амплитуда двухфококных особенностей падает значительно быстрее, чем интенсивность д (и). С другой стороны,

рс

если примеси сосредоточены в узком слое толщиной I « с1 на границе соприкосновения электродов, образуя полупрозрачную для электронов перегородку СТ-модель контакта), то интенсивность Ж спектра будет падать обратно пропорционально прозрачности барьера, в то время как благодаря зависящему от Т коэффициенту интенсивность двухфо-нонных особенностей уменьшается медленнее. В случае параллельного включения N одинаковых контактов амплитуда дрс( ш) будет падать как N 1/г, в то время как относительная интенсивность двухфононных процессов не уменьшается.

Поскольку реальная ситуация в контакте во многих случаях соответствует Т-модели, нами было проведено уточнение параметра ЭФВ, который обычно вычисляется в модели чистого отверстия.

Во второй главе рассматривается возможность осуществления Ж спектроскопии систем с малой упругой длиной свободного пробега носителей. Поскольку неравенство » d нарушается, существенным становится соотношение между упругой и неупругой длинами свободного пробега. При выполнении условия

1, « d « min ( 1,(1. 1„ )1/2 ) (3)

1 ч с 1 с }

МК спектроскопия возможна с той же разрешающей способностью, что и в баллистическом режиме, поскольку тепловыми эффектами в силу того, что диаметр контакта остается много меньше диффузионной длины энергетической релаксации Л£, можно пренебречь. Однако вклад неупругих релаксационных процессов, приводящих к отклонению ВАХ микроконтакта от закона Ома, уменьшается и абсолютная интенсивность спектра, определяющаяся зависимостью геометрического форм-фактора от отношения 1 /d, падает. Строгий расчет этой зависимости для используемой модели контакта и произвольного распределения примесей затруднен. Нами было проведено вычисление < К(р,р-) > для случая контакта в виде "грязного" канала, соединяющего "чистые" берега, что достаточно хорошо отражает реальную ситуацию.

В разделе 2.3 обсуждены особенности методики создания точечных контактов на основе сплавов и соединений. Особую роль здесь играет однородность состава образца на масштабах порядка типичных размеров контакта, обеспечивающая воспроизводимость результатов, а также выбор способа обработки поверхности электродов, позволяющего сохранять неизменной стехиометрию сплава.

Поведение МК функции ЭФВ в зависимости от соотношения между длиной свободного пробега электронов и диаметром контакта было исследовано нами на сплаве CuNi. Эта система образует непрерывный ряд твердых растворов и может бьпъ легко приготовлена путем вакуумной плавки с последующим отжигом, обеспечивающим высокую однородность образцов. Несмотря на то, что отношение L/d в наших экспериментах изменялось почти на три порядка величины, что соответствовало переходу от кнудсеновского режима (1 » d) к максвелловс-кому (1.« d), спектральные особенности в ЭФВ сохранялись, хотя абсолютная величина интенсивности функции дрс(и) уменьшалась почти в 35 раз. Отмечалось более сильное подавление (а затем и исчезновение) пика продольных акустических фононов по сравнению с ТА максимумом. Оценки MeV) показывают, что при энергиях, близких к де-баевской неравенство К£ » d нарушается уже для концентрации никеля

в несколько процентов и пренебречь тепловыми эффектами невозможно.

Было показано, что ход зависимости относительной интенсивности МК функции ЭФВ от 1 /с1 хорошо соответствует расчетной кривой <К(1 /сП>, хотя наличие дополнительных центров рассеяния в микросужении, уменьшающих 1 по сравнению с массивным образцом, приводит к заниженному значению интенсивности спектра. Поскольку в реальных контактах область концентрации тока практически всегда оказывается более грязной по сравнению с берегами, истинное значение 1 в микросужении можно определить по относительной интенсивности МК спектра. В работе приведена рассчитанная нами номограмма, позволяющая определить упругую длину свободного пробега носителей по относительной интенсивности спектра ЭФВ и сопротивлению контакта. Если же 1 получено из независимых измерений , то существует возможность решить обратную задачу определения максимальной абсолютной интенсивности МК спектра ЭФВ и уточнения величины Хрс-

В разделе 2.5 рассмотрено влияние упорядочения на спектры ЭФВ в соединении СизАи. Переход от неупорядоченного сплава (1.« с1) к интерметаллиду сопровождается увеличением длины свободного пробега электронов и ростом интенсивности спектра. Наблюдаемое при этом изменение формы функции д (а) связано с изменением.типа решетки и

рс 4

появлением дополнительных фононных мод. Проведен качественный анализ МК спектров с использованием дисперсионных кривых для фононов. Предполагается, что размьггие особенностей в нем связано с большим различием масс компонент сплава.

Последний вопрос был рассмотрен нами более подробно, поскольку введение примеси' с массой атомов т много меньшей массы атомов матрицы М приводит к модификации фононного спектра и появлению новой колебательной моды с частотой и = а (М/2т)1/2, превосходя-

ЛК тах

щей максимальную частоту в ГСи). Эти особенности, носящие название локальных колебаний СЛК) наблюдались нами в МК спектрах сплавов Си Ве в интервале концентраций х от 0,5 до 4,2 ат.У. , на которых ранее были проведены нейтронные измерения фононных спектров. С ростом содержания бериллия в сплаве происходит увеличение интенсивности пика ЛК и его уширение, причем средняя эффективность рассеяния 'на ЛК такая же, как и на колебаниях решетки. Однако концентрационная зависимость полуширины и интенсивности отличается от нейтронных данных. Наиболее вероятная причина этого - перегрев контактной области при'больших концентрациях примеси за счет нару-

шения условия Л£ » д при энергиях, соответствующих ЛК. Это находит подтверждение в микроконтактных измерениях на сплаве МдРЬ, где наблюдались квазилокальные колебания (отвечающие га » М) в низкочастотной области спектра. Выделенный с использованием дифференциальной методики пик КЛК имеет такое же размытие, как и максимум в нейтронных спектрах.

Последний раздел второй главы посвящен исследованию особенностей в МК спектрах, отражающих энергетическую зависимость эффективного сечения рассеяния электронов на единичном центре. Речь идет об изучении нулевых аномалий на спектрах ЭФВ образцов с магнитными примесями, сохраняющими свой момент в матрице данного

металла, что обусловливает возможность неупругого рассеяния электрона с переворотом спина. Как видно из рис Л, введение атомов Мп в решетку Си ведет к появлению и росту амплитуды особенностей в области малых смещений (так называемых нулевых аномалий), а также к гораздо более заметному размытию особенностей в спектре ЭФВ меди, чем это наблюдалось для аналогичных концентраций немагнитных примесей. Кроме того, при определенной концентрации №1 происходит изменение знака нулевой аномалии, связанное с влиянием внутреннего поля, в котором при еУ < эН^ возможны лишь процессы с сохранением полного спина, а неупругий канал рассеяния, приводящий к максимуму на У^СеУ) открывается при еУ^эН^. Для сплавов с малой концентрацией примеси наложение внешнего магнитного поля приводит к расщеплению отрицательной аномалии, по величине которого можно определить д-фак-тор Ланде.

30 еУмзВ

4 еЧмэВ

Рис.1. МК спектры сплава СиМп для образцов с различной концентрацией примеси и расщепление нулевой аномалии в магнитном поле

Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием развитой Омельянчуком и Тулузовым теории электропроводности микроконтактов с магнитными примесями III], дающей в области малых смещений следующее выражение для VgCeV):

Это дает уникальную возможность независимого определения усредненного по ПФ транспортного фактора, значение которого для сплава CuMn, содержащего х = 0,012 ат.% Мп лежало в пределах 0,08 - 0,21, что соответствует переходной ситуации между баллистическим и диффузионным режимами.

С другой стороны, полагая К-фактор известным, мы определили энергию обменного взаимодействия J, играющую важную роль в расчете кинетических явлений в магнитных сплавах.

Третья глава диссертации охватывает нетрадиционный для МК спектроскопии круг вопросов, включающий исследования теплового режима протекания тока, термоэлектрических эффектов и теплопроводности микроконтактов.

В максимально загрязненных контактах, где выполнены условия d » С141 1 /а и 1(<< l£,d, в каждой точке вблизи контакта мы имеем тепловое равновесие между электронной и фононной подсистемами, а максимальная температура в центре контакта связана с приложенным к его берегам смещением соотношением eV = 3,63 kT. Спектральные максимумы на второй производной ВАХ в этом случае размыты (или же отсутствуют вовсе) и смещены в область более высоких энергий в результате свертки функции ЭФВ с функцией S(x), имеющей вид размытой ступеньки.

Для ферромагнитных металлов d2V/dI2 обнаруживает новый тип особенностей, расположенных при энергиях намного превышающих характерные фононные, причем амплитуда сигнала второй гармоники оказывается на несколько порядков выше, чем в области спектра ЭФВ. Корреляция между положением этих аномалий и значением температуры Кюри для Ni и Fe приводит нас к заключению, что они связаны с изменением рСТ) в контакте при достижении Т ,соответствующей фазовому переходу металла в центре контакта из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Это подтверждается смещением наблюдаемой особенности в область меньших энергий при повышении температуры

V CeV) = з/i V k. d х ( J /с J s (s+I) <K>

2 l F F

2rl eV « kT (e/kT)2V eV » kT

(4)

берегов контакта или уменьшении Т . Путем обращения интегрального уравнения для ВАХ микроконтактов в тепловом режиме можно определить температурную зависимость удельного сопротивления материала контакта. Поскольку времена установления теплового равновесия в составляют 1СГЭ- Ю~10 сек, а напряжение, определяющее температуру в контакте, промодулировано малой гармонической добавкой, мы получаем возможность измерения производных различных величин по температуре.

В гетероконтактах типа Си - N1 или Си - Ре, как и в однородных контактах из ферромагнитных металлов реализуется тепловой режим, однако при различных полярностях приложенного к контакту напряжения точки перемены знака б2У/с112 в наблюдаемой аномалии сдвинуты друг относительно друга на величину ДV, причем для N1 и Ре, имеющих различные знаки абсолютной термоэдс, сдвиг противоположен. Это дает основание связать асимметрию характеристик с термоэлектрическими эффектами и прежде всего с эффектом Зеебека, хотя абсолютная величина ДУ оказывается меньше, чем следует из проведенных нами вычислений, что может быть связано как с отличием температуры в центре контакта от расчетной, так и с несовпадением термоэдс массивного металла и микроконтакта.

Последний вопрос исследовался нами детально. Было обнаружено, что электрическая цепь, состоящая из одного и того же материала и включающая в себя в качестве одного из плечей "термопары" микроконтакт, обладает в области низких температур термоэдс близкой к 8СТ) для массивного образца и зависящей от диаметра контакта.

Для исследования поведения термоэдс такой цепи нами была разработана принципиально новая для микроконтактных измерений методика, обеспечивающая создание контролируемой разности температур между электродами микроконтакта. При этом температура одного из них была фиксирована при 4,2 К, а второго могла изменяться в пределах 4,2 - 300 К. В эксперименте измерялась разность между термоэдс массивного металла и микроконтакта Д$(Т), а последующее численное дифференцирование по температуре давало разность абсолютных термоэдс ДЗСП = 5(Т) - 5 (Т). В чистых металлах при низких температурах преобладающий вклад в коэффициент Зеебека вносит эффект увлечения фононами. Как было показано в [121, для микроконтактов величина , связанная с неравновесностью фононной системы,

мала при Т « в^ по сравнению с 29СТ) в силу малости отношения диа-

метра контакта к фонон-электронной длине рассеяния, т.е. LS определяется величиной эффекта увлечения в чистом металле. Это хорошо видно из рис.2, где приведена величина ASCT) для цепи из серебра с микроконтактами различного диаметра: отличие экспериментальных результатов от абсолютной термоэдс массивного серебра (приведена пунктиром) незначительно при Т < 50-70 К. Согласно [121 диффузионная термоэдс микроконтакта должна совпадать с S® массивных образцов, а это означает, что при Т % б^полная термоэдс цепи должна быть близка к нулю, поскольку в этой области температур фонон-фо-нонная длина становится самой короткой и величина эффекта увлечения убывает как Т"1. В противоположность этому мы наблюдали выход ASCT) на некоторое постоянное значение, зависящее от d. Такое отличие от предсказаний теории может быть связано с тем, что величина (<51п1(с)/(?1п£)£ для микроконтакта в области низких температур мала вследствие 1(гг) » d. Предполагаемая зависимость S°c(T) приведена на вставке к рис.2: баллистический контакт при Т « 0D не обладает термоэдс. Измерение зависимости амплитуды максимума в эффекте увлечения (полагая S®c« Se) от диаметра микроконтакта позволяет сделать оценку фонон-электронной длины релаксации, которая в случае Pt составляет 2500-3000 К при температуре около 60 К.

Последний раздел главы посвящен изучению теплопроводности металлических микроконтактов. Проблема переноса тепла через контакт двух металлов привлекала и привлекает внимание благодаря очевидности ее прикладных аспектов, однако результаты, полученные для массивных контактов сложно сравнивать между собой, поскольку тепловой поток через контакт в огромной степени зависит от качества обработки поверхности, механической нагрузки и т.д.. Это позволяет говорить лишь о существовании набора некоторых эмпирических закономерностей малопригодных даже для технических приложений.

Переход к микроконтактам дает возможность избежать ряда затруднений, но как и другие явления переноса теплопроводность для объектов с размерами меньшими других характерных длин задачи имеет целый ряд особенностей. Выбор в качестве материала для микроконтактов золота позволил получать электроды с достаточно чистой поверхностью при использовании несложных методов. Для количественных измерений теплового потока нами была сконструирована специальная ячейка, позволяющая с высокой точностью регистрировать мощность, рассеиваемую через микроконтакт в гелиевую ванну, для чего приме-

Рис.2. Зависимость Д5СТЭ для цепи из серебра с микроконтактами диаметром: 1,2 - 40 нм; 3 - 100 нм; 4 - 160 нм. На вставке -предполагаемая зависимость 5е (Т) для микроконтактов (пунктирная линия) в случае с^ > д^.

Рис.3. Теплопроводимость контактов как функция разности температур между электродами. Кривые 1-3 соответствуют^контактам с сопротивлением 0,00026, 0,00071 и 0,0051 0м соответственно.

няпся промежуточный блок крепления электрода с независимым нагревателем, предотвращавший возможные утечки тепла. Качество контактов контролировалось по величине теплового потока, который должен был определяться только электронным механизмом теплопроводности ОСТ) = ЬоДТ Т/ К. Это условие хорошо выполнялось для микроконтактов с с1 > 3000-5000 X, которые обычно соответствуют диффузионному или квазибаллистическому режиму протекания тока. Измерения температурной зависимости теплового потока показало, что для контактов с наименьшим достижимым сопротивлением, соответствующим диаметру в несколько микрон, ОСТ) возрастает линейно начиная с Т 2 20 - 30 К, что соответствует постоянству теплопроводности массивного металла при достаточно высокой температуре. По мере уменьшения с1 эта зависимость приближается к квадратичной. Теплопроводимость микроконтакта ХСДТ) = О/С 5 ДТ) может быть определена, если известна его шгаш&дь, для чего нами был предложен аналог интерполяционной формулы Векслера

0 Г , <2 16 р 1 0

с1 = -

[(— )

(. 1 2 * ДТ

2 * ДТ I 1 2 * ДТ 3 я Ь Т ДТ

1/2

(4)

Эта формула удобна для практического использования тем, что при достаточно высоких Т теплопроводность массивного металла практически не зависит от температуры. На рис.3 приведены результаты расчета ХСТ) для контактов, отвечающих тепловому, диффузионному и квазибаллистическому режимам. Видно, что в последнем случае ХСТ) более чем на порядок превосходит значение для контакта, отвечающего тепловому режиму. Возрастание теплопроводимости в области высоких температур обусловлено неравновесностью электронного газа в микросужении. Одновременное измерение проводимости и теплового потока через контакт дают возможность определить число Лоренца, температурная зависимость которого оказалась близкой к ЦТ) для массивного золота, хотя отклонение от закона Видемана-Франца здесь не так велико, поскольку в баллистическом режиме температурозави-сящая часть сопротивления микроконтакта составляет малую добавку к шарвиновскому и вклад ЭФВ в первом приближении по интегралу столкновений мал.

Совершенствование методики измерений позволит по второй производной от полного потока тепла по напряжению, пропорциональной плотности фононных состояний, восстанавливать новую функцию ЭФВ.

В четвертой главе рассмотрено влияние магнитного поля на нелинейную электропроводность микроконтактов. Магнитное поле должно приводить к двум категориям явлений в контактах. Для первой из них достаточно учитывать классическую картину искривления траекторий, определяющую магнитосопротивление, низкочастотные транспортные свойства и высокочастотное поглощение в металлах. Вторая группа эффектов связана с квантованием магнитного потока внутри замкнутых траекторий, приводящим к осцилляциям ряда характеристик. В микроконтактах из нормальных металлов мы пренебрегали возможным влиянием магнитного поля из-за малости их диаметра по сравнению с циклотронным радиусом электронов в реально достижимых полях. Ситуация радикальным образом меняется при переходе к полуметаллам', где фермиевская энергия имеет тот же порядок величины, что и максимальная энергия фононов, а ларморовский радиус носителей становится меньше с! в полях Ю3 - 10" Э. Если поле направлено вдоль оси контакта, то характер растекания тока вблизи отверстия резко изменяется, поскольку движение электронов становится квазиодномерным и дрейф в направлении перпендикулярном полю возможен лишь в результате процессов рассеяния. На этом в частности основана предложенная в 112] методика измерения длины свободного пробега носителей по магнитосопротивлению микроконтакта. Приведены оценки, показывающие возможность измерения 1 в нормальных металлах и использования метода для анализа распределения примесей в контакте.

Способность микроконтактов из полуметаллов выдерживать напряжения вплоть до 1,5 - 2 В, отсутствие дополнительной асимметрии их характеристик, вызванной термоэлектрическими явлениями в гетеро-контактактах косвенным образом свидетельствует о малости тепловых эффектов даже в тех случаях, когда 1 « ± Прямое экспериментальное подтверждение этого было получено при измерениях зависимости амплитуды осцилляций магнитосопротивления от величины транспортного тока. Сравнение с температурными зависимостями РСН) и теоретические оценки показывают, что даже при значительной рассеиваемой мощности эффективная температура электронного газа возрастает лишь на 1-2 К. Малость теплового разогрева электронов связана с сильной электрон-фононной релаксацией, обеспечивающей быстрый отвод тепла в решетку. В то же время реабсорбция фононов должна быть невелика, что выполнимо при наличии сильного фонон-примесного рассеяния, выводящего их из той области пространства, в коотрой возможно пере-

поглощение и связано с малостью фермиевского импульса электронов по сравнению с дебаевским импульсом фононов. Этот вывод подтверждается и численными оценками.

Если в контактах В1 С где в полях 5-10 кЭ г„« с!) интенсивность

н

осцилляций возрастала с увеличением длины свободного пробега носителей, то в сурьме (где ги > б) мы наблюдали квадратичный рост амн

плитуды осциллирующей части магнитосопротивления с уменьшением Причина такого аномального поведения БСЮ состоит по нашему мнению в следующем. Магнитное поле слабо влияет на сопротивление самого контакта, однако формирует дискретное анизотропное распределение носителей, проходящих через контакт в берегах-электродах. Основной вклад в наблюдаемый эффект вносят экстремальные сечения поверхности Ферми, которым отвечают малые значения транспортной скорости вдоль оси контакта и для чистых контактов его величина мала. В контактах, где справедлива Т-модель, упругое рассеяние электронов в микросужении изотропизует направления их скоростей и ведет к росту амплитуды осцилляций. Кроме того, поскольку де-бройлевская длина волны электрона в сурьме может быть сравнима с б, существенной становится роль квантовомеханических эффектов.

В работе исследовались также анизотропия МК спектров сурьмы, особенности многофононного рассеяния, определен параметр ЭФВ.

МК спектроскопия в контактах из полуметаллов во внешнем магнитном поле возможна, если время движения электрона в области растекания мало по сравнению со временем энергетической релаксации. Вместе с тем, магнитное поле меняет форму области растекания и эффективный объем генерации фононов. При этом вид д (и) претерпева-

рс

ет драматические изменения и определяется соотношением между лар-моровским радиусом носителей, их транспортными длинами и диаметром контакта, а также зависит от взаимной ориентации поля и оси контакта, характера дисперсии фононов и анизотропии электронных свойств. Например,для контактов сурьмы с осью, параллельной бинарной оси и направлению магнитного поля С рис. 4) наблюдается квадратичный рост интенсивности внутридолинного пика, согласующийся с предсказаниями [13],'для случая слабых полей, который продолжается и в сильных полях, поскольку при внутридолинном рассеянии взаимодействие электронов и фононов обладает сильной дисперсией и усреднения транспортного фактора не происходит. Для акустического междолинного пика рост амплитуды в слабых полях, связанный с увеличе-

нием Одфф, сменяется уменьшением его интенсивности, обусловленном как слабой дисперсией междолинных фононов, так и постепенным переходом к тепловому режиму, поскольку размер области растекания оказьвается сравним с Л£ (вследствие резкого падения 1 с ростом смещения ). В еще большей степени этот эффект проявляется для оптических междолинных фононов, имеющих энергию близкую к дебаевской. Для контактов с осью параллельной тригональной оси модификация спектра ЭФВ в магнитном поле выражена слабее из-за более быстрого растекания тока.

Помимо монотонного изменения интенсивности пиков, наблюдаются их осцилляции, обусловленные ос-цилляциями плотности электронных состояний в магнитном поле.

В контактах 5Ь с ¡.¡=2-3 Ю-6 см наблюдалась инверсия знака спектра ЭФВ, которую мы связываем с эффектами сильной локализации носителей в микросужениии, когда

еУ, нэВ

лб ции

Сбой фазы волновой функ-

Рис.4. Влияние магнитного поля на вид функции д (а)

рс

II С

в ориентации Н

электронов в результате ЭФВ разрушает квантовую интерференцию и приводит к увеличению проводимости, а поскольку контакт с такой

упругой длиной соответствует спектральному (диффузионному) режиму, то это приводит к минимумам на Изменение знака спектра на

нормальный при увеличений происходит начиная с области малых смещений т.е. квантовый вклад в спектр зависит от энергии. Возможно это связано с тем, что при больших энергиях локализация выражена слабее и ЭФВ разрушает ее более эффективно.

Для микроконтахтов из Bi инверсный спектр ЗФВ наблюдается крайне редко, г остальные кривые имеют вид глубокого минимума при малых энергиях. Статическое сопротивление этих контактов падает в интервале 1-20 мэВ как У'/г. Такса поведение ыогзт Сыть связано с интерференцией многократного упругого к неупругого рассеяния электронов.

Пятая глава посвящена в основном изучению малых сверхпроводя-иж включений е матрице нормального металла. Такие кластеры могут изначально присутствовать даае б весьма совершенных образцах или га возникать в результате их деформации и, как правило, представляют собой метастабальные фазы данного материала. Дифференциальное сопротивление контактов из полуметаллов, содержащих подобные включения обнаруживают резкий максимум при некотором критическом смятении V , соответствующем скачку избыточного тока на ВАХ (рис. 53. Положение этих максимумов кошшось от контакта к контакту, а при увеличении температуры смещалось в сторону меньших энергий с одновременным падением их амплитуды вплоть до полного исчезновения при некотором ее значении Тс, причем зависимость СVC/V°V(T/T ) хорошо совпадала с БКШ кривой для приведенной щели. Это послужило основанием для создания модели такого контакта, качественно объяс-глжей наблюдавшиеся характеристики (см. вставку на рис.55. Если энергия квазичастицы, налетающей на 1ч - S границу eV < А, то мы гигем дело с обычным андреевским отражением, приводящим к появлению избыточного тока. При eV>A электрическое поле проникает в кластер, подавляя параметр порядка и 1изб- Электроны с энергией больше щелевой проходят через сверхпроводник как через нормальный металл и изменение R„ дает возможность приближенно оценить размер кластера. Заметим, что в зтой модели eVc всегда прйвыааьт щелевую энергию. Измерения критического магнитного поля показали, что его значение определяется размером кластера L, причем произведение L Н приблизительно постоянно. Полученные значения Тс к Нс позволили идентифицировать фазу, наблюдаемую в поликристаллах висмута как аморфный Bi с Т % 6 К и как Bi II в предварительно деформированном материале. В сурьме обнаружена сверхпроводящая фаза с Тс % 6,3 - 6,7 К, упоминание о которой в литературе отсутствует.

В монокристаллах Ga мы наблюдали кластеры его низкотемпературных ¡3- и у- модификаций, существование которых подтверждается данными по магнитной восприимчивости. Поскольку размер включения

Рис.5. ВАХ и температурная-зависимость дифференциаль- £ ного сопротивления микро- § контакта 5Ь - Аи. На вставке - модель контакта со сверхпроводящим включением, объясняющая наблюдаемые характеристики.

4 3

г

0 -1

1 1

еУмэВ

здесь обычно превышает б, характеристики этих контактов были близки к характеристикам традиционных М-с-5и51-с-5 микромостиков, а различия, связанные с существованием нормальных "берегов" на удалении от центра контакта, обсуждены в работе.

Для ва нам удалось снять спектр ЭФВ, соответствующий его (3-модификации. От спектра а-Ба его отличает наличие мягкой моды п гораздо более высокая интенсивность. Таким образом, МК спектроскопия дает уникальную возможность исследования индивидуальных характеристик квазинульмерных "гранул" сверхпроводящего материала.

Проведенные в этой главе эксперименты сыграли определенную роль в понимании характеристик микроконтактов из высокотемпературных сверхпроводников, где подобная методика может бьггь использована для поиска фаз с рекордными Т .

ВЫВОДЫ

Результаты работы позволяют утверждать, что практически все явления, существующие в современной физике проводников могут бьггь эффективно исследованы с помощью микроконтактной техники. Сюда .следует отнести и задачи, возникшие в последнее время: высо-

котемпературные сверхпроводники, системы с тяжелыми фермионами и переменной валентностью, двухуровневые системы, мезоскопические эффекты, а также ряд других.

Постоянно расширяющийся круг изучаемых объектов, возникновение новых направлений исследования позволяют говорить о микроконтактной спектроскопии как о новой области физической науки, имеющей дело с свойствами твердых тел в сильно неравновесном состоянии.

Результаты, полученные в диссертационной работе и отражающие вклад автора в решение некоторых из упомянутых проблем приведены ниже в виде кратких тезисов.

1. Проведено комплексное исследование ЭФВ в чистых металлах, отличающихся типом кристаллической решетки и топологией поверхности Ферми. Выполнена численная обработка результатов, включающая восстановление вида МК функций ЭФВ, определение их абсолютной интенсивности и константы ЭФВ. Проведено сравнение д о<и) с плотностью фононных состояний, термодинамической и транспортной функциями ЭФВ. Обсуждена возможность использования МК спектров для уточнения вида РСш) и коррекции параметров псевдопотенциального расчета.

2. Исследованы процессы второго порядка по ЭФВ, проанализированы различные модели учета фонового слагаемого в МК спектре и двухфононные особенности, относительная интенсивность которых позволяет получить дополнительную информацию о геометрии контакта, распределении примесей в нем и уточнить численное значение константы ЭФВ.

3. Показано, что в системах с малой упругой длиной свободного пробега носителей МК спектроскопия возможна с той же разрешавшей способностью, что и в баллистическом режиме, если длина энергетической релаксации достаточно велика по сравнению с диаметром контакта. Экспериментально исследована зависимость транспортного фактора от соотношения .Предложен метод оценки длины свободного пробега электронов по абсолютной интенсивности МК спектра.

4. В сплавах с малой концентрацией примеси-наблюдались новые особенности в МК спектре, обусловленные неупругим рассеянием, ведущим к модификации фононного спектра и функции ЭФВ Свзаимодействие с локальными и квазилокальными колебаниями) или отражающие энергетическую зависимость эффективного сечения рассеяния на единичном примесном центре в кондо-системах. В последнем случае микроконтактные измерения позволяют определить усредненный геометри-

ческий фактор и отношение обменной энергии взаимодействия электронов с магнитной примесью к фермиевской энергии

Г

5. Для случая малых релаксационных длин реализован тепловой режим протекания тока через контакт, позволяющий за счет быстрого преобразования "напряжение - температура" осуществлять модуляционную температурную спектроскопию. Показана возможность восстановления температурного хода удельного сопротивления исследуемого материала и его производных из характеристик микроконтакта.

6. Разработана методика исследования явлений переноса в точечных контактах при контролируемой разности температур между электродами.

7. Исследована термоэдс в однородной по материалу электрической цепи, содержащей микроконтакт. Показано, что температурная зависимость абсолютной термоэдс микроконтакта может быть использована для определения электронной и фононной релаксационных длин.

8. Впервые измерена температурная зависимость теплового потока ОСТ) через контакт, где электронный механизм теплопроводности является доминирующим. Теплопроводимость контакта Х(Т) = ОД 5 ДТ) определяется при этом отношением и в баллистическом режиме возрастает линейно с температурой. Предложен метод определения диаметра микроконтакта по величине теплового потока через него.

9. Продемонстрирована возможность управлять неравновесными процессами в микроконтактах из полуметаллов с помощью внешнего магнитного поля, приводящего к изменению характера растекания тока в окрестности контакта. Вид спектра ЭФВ определяется в этом случае соотношением между ларморовским радиусом носителей и их транспортными длинами, а также анизотропией электронных свойств исследуемого материала.

10. Обнаружен и исследован эффект инверсии знака МК спектров, связанный с разрушением сильной локализации носителей в контакте электрон-фононным взаимодействием, приводящем к увеличению проводимости микроконтакта и минимумам при фононных энергиях. Для висмута электрон-электронные корреляции приводят к корневой зависимости статического сопротивления микроконтакта от смещения.

11. МК. спектроскопия использована для исследования сверхпроводящих включений в матрице нормального металла. Предложена модель, качественно объясняющая характеристики контакта и показана возможность определения критических параметров сверхпроводящих

кластеров, а при определенных условиях и их спектров ЭФВ. Обнаружена новая сверхпроводящая фаза сурьмы.

Цитируемая литература.

1. Хольм Р. Электрические контакты. / М., ИЛ, 1961, 380 с.

2. Шарвин Ю.В. Об одном возможном методе исследования поверхности Ферми // ЖЭТФ. - 1965. - 48, вып. 3. - С. 984-985.

3. Янсон И. К. Нелинейные эффекты в электропроводности точечных контактов и электрон-фононное взаимодействие в нормальных металлах // ЖЭТФ. - 1974. - 66, вып.З. - С. 1035-1050.

4. Кулик И.0., Омельянчук А.Н., Шехтер Р. И. Электропроводность точечных микроконтактов и спектроскопия фононов и примесей в нормальных металлах // ФНТ. - 1977. - 3, N 12. - С. 1543-1558.

5. Jansen A.G.M., van Gelder А.P., Wyder P. Point-contact spectroscopy in metals // J.Phys.C. - 1980. - 13, N 33. - P. 6073-6118.

6. Янсон И.К. Микроконтактная спектроскопия электрон-фононного взаимодействия в чистых металлах // ФНТ. - 1983. - 9, Н 7.6073-6118.

7. Янсон И.К., Хоткевич А.В. Атлас микроконтактных спектров электрон-фононного взаимодействия в металлах. Справочник. / Киев. Наукова Думка, 1986, 142 с.

8. Кулик И.О., Янсон И.К. Микроконтактная спектроскопия фононов в грязном пределе // ФНТ. - 1978. - 4, N 10. - С. 1267-1278.

9. Брандт Н.Б., Чудинов С.М. Экспериментальные методы исследования энергетических спектров электронов и фононов в металлах. М. •. Изд-во МГУ, 1983. - 403 с.

10. Кулик И.О. Неравновесные токовые состояния в металлических микроконтактах // ФНТ. - 1985. - И, М 9. - С. 937-950.

11. Омельянчук А.Н., Тулузов И.Г. Электропроводность металлических микроконтактов, содержащих магнитные примеси // ФНТ. - 1980. -6, N 10. - С. I286-I29I.

12. Богачек Э.Н., Кулик И.О., Шкорбатов А.Г. Термоэлектрические явления и спектроскопия электрон-фононного взаимодействия в металлических микроконтактах // ФНТ. - 1985. - 11_, N II. -С. II89-II98.

13. Богачек Э. Н., Кулик И. 0., Шехтер Р. И. Токовые состояния и . электрон-фононная релаксация в микроконтактах в магнитном

поле // ЖЭТФ. - 1987. - 88, вып.2. - С. 730-744.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Verkin В. I., Yanson I. К., Kulikl.O., Shklvarevsky 0.1.,

2 2

Lysykh A.A., Naydyuk Yu.6. Singularities in d V/dl dependences of point contact between ferromagnetic metals // Solid State Communs. - 1979. - 30, N 3. - P. 215-218.

2. Веркин Б. И., Янсон И. К., Кулик И. 0., Шкляревский 0. И., Лысых А.А., Найдюк Ю. Г. Модуляционная температурная спектроскопия элементарных возбуждений в ферромагнетиках с помощью микроконтактов // Изв. АН СССР - 1980. - 44, N7. -С. 1330-1338.

3. Lysykh A.A., Yanson I.K., Shklyarevsky O.I., Naydyuk Yu. G. Point-contact spectroscopy of electron-phonon interaction in alloys // Solid State Communs.- 1980. - 35, N 12,- P. 987-989.

4. Лысых А. А., Янсон И. К., Шкляревский О.И., Найдюк Ю. Г. Исследование электрон-фононного взаимодействия в никеле и железе методом микроконтактной спектроскопии // ФНТ, - 1980. - 6, N 2.-С. 471-478.

5. Найдюк Ю.Г.,Лысых А.А. Янсон И.К., Шкляревский О.И. Исследование электрон-фононного взаимодействия в щелочных металлах

// ФТТ. - 1980. - 22, вып.12. - С. 1073-1077.

6. Найдюк Ю.Г., Янсон И.К., Шкляревский О.И. Спектр электрон-фононного взаимодействия в магнии. // ФНТ. - 1981. - 7, N 3. -С. 322-326.

7. Найдюк Ю.Г., Шкляревский О.И. Спектр электрон'-фононного взаимодействия в бериллии. // ФТТ. - 1982. - 24, вып. 9. - С. 26312635.

8. Найдюк Ю.Г., Янсон И.К., Лысых А.А., Шкляревский О.И. Элект-рон-фононное взаимодействие в микроконтактах из золота и серебра /у ФНТ. - 1982. - 8, N 9. - С. 922-929.

9. Шкляревский О.И., Найдюк Ю.Г., Янсон И.К. Микроконтактная спектроскопия электрон-фононного взаимодействия в интерме-таллиде Cu3Au // ФНТ. - 1982. - 8, N 10. - С. 1073-1077.

10. Янсон И. К., Найдюк Ю. Г., Шкляревский О.И. Двухфононные процессы рассеяния электронов в металлических микроконтактах // ФНТ. - 1982. - 8, N II. - С. II78-II8B: ~ . .

11. Найдюк Ю. Г.,Черноплеков Н. А., Шитиков Ю. Л., Шкляревский 0.И., Янсон И.К. Наблюдение взаимодействия электронов с локальными колебаниями в металлических микроконтактах // ЖЭТФ. - 1982. -83, вып. 3. - С. II77-H8I.

12. Найдюк Ю.Г., Шкляревский 0. И., Янсон И.К. Микроконтактная спектроскопия разбавленных магнитных сплавов CuMn и CuFe // ФНТ. - 1982. - 8, N 7. -С. 725-731.

13. Янсон И. К., Грибов H. Н., Найдюк Ю. Г., Шкляревский 0. И. Обнаружение взаимодействия электронов проводимости с квазилокальными колебаниями // 21 Междунар. конф. стран-членов СЭВ по физике и технике низ. температур: Тез. докл. - Варна - 1983.

14. Шкляревский О.И., Грибов H. Н., Найдюк В. Г. Электрон-фононное взаимодействие в микроконтактах из галлия // ФНТ. - 1983. -9, N Ю. - С. 1068-1077.

15. Найдюк Ю. Г., Грибов Н.Н., Шкляревский О.И., Янсен А.Г.М., Янсон И. К. Термоэлектрические эффекты и асимметрия вольт-амперных характеристик металлических микроконтактов // ФНТ. -1985. - И, M II. - С. 1053-1062.

16. Янсон И.К., Грибов Н.Н. Шкляревский О.И. Траекторные эффекты в микроконтактной спектроскопии электрон-фононного взаимодействия // Письма в ЖЭТФ. - 1985. - 42, вып.4. - С. I59-I6I.

17. Shklyarevskii 0,1., Jansen A.G.M., Herrosen J.G.H., Wyder P. Thermoelectric voltage betv/een identical metals in point-contact configuration // Phys.Rev.Lett. - 1986. - 57, N I. -P. I374-1377.

18. Shklyarevskii 0.1., Duif A.M., Jansen A.G.M., Wyder P. Superconductivity in Bi observed v/ith point-contact // Phys. Rev.B. - 1986. - 34, N 3. - P. 1956-1959.

19. Шкляревский О.И., Янсон И.К., Грибов Н.Н. Наблюдение сверхпроводящей фазы в сурьме с помощью микроконтактов // ФНТ. -1988. - 14, Ы 5. - С. 479-475.

20. Шкляревский О.И., Янсен А. Г.М., Видер П. Теплопроводность металлических микроконтактов // ФНТ. - 1986. - 12, N 9. -С. 947-954.

21. Янсон И.К., Шкляревский О.И. Микроконтактная спектроскопия металлических сплавов и соединений (обзор) // ФНТ. - 1986. -

12, N 9. - С. 899-933.

22. Грибов H. Н., Шкляревский 0. И., Асс Е. И., Андриевский В. В. Эффект Шубникова - де Гааза в электропроводности микроконтактов х/ ФНТ. - 1987. - 13, M 6. - С. 642-645.

23. Шкляревский О.И., Янсон И.К., Грибов Н.Н. Квантовые осцилляции сопротивления в грязных микроконтактах // ФНТ. - 1988. -14, N 4. - С. 414-418.

24. Шкляревский 0. И., Грибов Н. Н., Янсон И. К., Киржнер В. М. Анизотропия спектров электрон-фононного взаимодействия в магнитном поле и квантовые интерференционные эффекты в микроконтактах из сурьмы // Харьков, 1988. - 51с. - Рукопись деп. в ВИШИ 09.08.88, N 6366-В88.

25. Шкляревский О.И., Янсен А. Г.М., Видер П. Термоэдс однородной металлической цепи, содержащей микроконтакт // ФНТ. - 1989. -15, N 2. - С. 168-180.

ШКЛЯРЕВСКИИ Олег Игоревич

Ответственный за выпуск кандидат физ.-мат. наук A.A. Лысых

БЦ N 23194, подписано к печати 23.06.1989, физ. печ. лист. 2,0 учета.-изд. листов 2,0 заказ N 160 тираж 100 экз

Ротапринт ФТИНТ АН УССР, Харьков, 164, пр. Ленина 47