Перенос и локализация поверхностных электронов над сверхтекучим гелием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

Р Г Б ОД

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР им. Б. И. ВЕРША

На прзр?'х рукописи

■ЖКСЛАЕлКО Виктор Алексеевич

ПЕРЕНОС И ЛОКАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ НАД СВЕРХТЕКУЧИМ ГЕЛИЕМ

01.04.09 - Физика низких температур

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Харьков - 1994

Диссертация является рукописью. Работа выполнена в Физико-техническом температур им. Б.И. Веркина HAH Украины.

институте низких

Научные руководители:

доктор физико-ма'^ематических наук, профессор

В.Н.ГРИГОРЬЕВ, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Ю.З.КОВДРЯ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

Монарха Ю. П. кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Карнацевич Л. В.

Ведущая организация:

Харьковский государственный университет им. А.М. Горького

Зажита состоится" I 3 " Je к а So я 1994 г. в 1520 на заседании Ученого специализированного совета К 016.27.02 при Физико-техническом институте низких температур им. Б. И. Веркина HAH Украины (310164, г. Харьков, пр. Ленина, 47.).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико -технического института низких температур им. Б.И. Веркина КАН Украины.

Ученый секретарь Специализированного ученого совета К 016.27.02 кандидат технических наук

-Р

v.y^^—f.A.M. Кислов)

ррцаз saßÄSiSKUüra&» P^S^TM,.

Актуальность ПОВСРХНОС! НЫ0 ЭЛектрОНЫ <!!Э> ПреЛСТа|1ЛЧ!1:Г

собоп слой электронов» локализованных на макроскопическом расстоянии от поверхности диэлектрика с магсой диэлектрической проницаемосты» <е> я отрицательным сродством к электрону 1 гелия- водород и , ,s также твердые диэлектрики с относительно больной с. покрытии сп-.-р/ текучей гелиевой пленкой!- ;гэ нал жидким гелием обладают уникальными свойствами, исследование которых впервые теоретически провел ltlnt -ни п независимо от него Коул и Коз;: ■■ i Í3T1 г. 1. В плоскости повгр-ладти гелия электроны Формируют практически идеальную двумерную um,",."* денную электронную систему» подчннякщуякя бодьимановскоп статигч-ш.г-. В направлении, перпендикулярном поверхности. энергетический га-, ; ir-электронов является водарэдеподобным с энергией в основном гче ¡счи»:! "* 8 К. При определенном соотношении кулоковскоп энергии пзанмп ;;■!! ствия электронов и кинетичссгоя в системе !13 может mivto í.íü

перовская кристаллизация- Максимальная концгмп рация ПЭ ограни чем., величиной 2109 см'г. что связано с развитием нестабильности аарч женной поверхности гелия- Перенос 113 над жидким гелием определен взаимодействием электронов с атомами гелий в парс и с рнплоиами-Подвижность электронов достигает при низких температура/ рекорпт <> для двумерных электронных систем значения - до 10' см2.'В с Чпг'п;:.-. гелиевой подложки, возможность достаточно точного теоретнчг; ;.i¡: ¡: описания ПЗ. наряду с возможностью варьирования в широких rr,¡e;i:>:¡,¡/ конценграцнн и параметров связи электронов с подложкой лепаягг 1П практически идеальной модель» для исследования Фундаментальны/ прпм ципов теории электронного газа низкой плотности и физики ннзкорап мерных систем-

Г13 над гелием do многом подобны инверсионным и аккумуляционным слоям и гетерсструктурам. выполненным на полупроводниковой основе, и могут рассматриваться как иодходякнй физический объект» позволяя:®:;, моделировать подобные системы в условиях малой плотности носителей

Привлекательными с точки зрения повышения предельной концентра цни являются ПЭ над твердой подложкой» покрытой сверхтекучей гели;-воя пленкой, поверхность которой стабилизируется силами Нам игр Ваальса. Представляет также интерес исследование переноса ПЗ г. ve ловнях различной степени локализации при варьировании параметров подложки н толщины гелиевой пленки на ней.

Своеобразие системе ПЭ над жидким гелием придает магнитное по-к-

перпендикулярное поверхности. Уже в небольших полях электронный спектр в плоскости поверхности оказывается дискретным н реализуется, так называемый, ультракваитовыя предел. Исследования магннтопереноса в области рнплонного рассеяния привели к обнаружению немонотонных зависимостей от температуры продольного <рп) и поперечного <р1у) сопротивления из. Строгое количественное сравнение теории и эксперимента затрудняется тем. что теоретически пока не получены прямые температурные зависимости и р^ и отсутствует

общепризнанная процедура получения абсолютных значении этих величин из непосредственно измеряемых параметров. В этой связи особый интерес представляют непосредственные измерения продольной магннтопроводнмостн <сг1Х>. Магнитное поле может способствовать локализации ПЭ. что отражается на характере нх переноса, и в этом смысле исследования апредставляют дополнительный интерес.

Для фнзнкн ннзкоразмерных систем весьма существенным является возможность реализации одномерной ситуации на ПЭ.

Н^-чью настоящей раооты является экспериментальное изучение явленна переноса н локализации ПЭ в следующих условиях: над сверхтекучей гелневоя пленкой, покрывающей поверхность твердого дилектрика; в квантующих магнитных полях; в условиях одномерной электронной системы.

На защиту выносятся следующие аснозние положения.

Результаты измерений высокочастотной проводимости и подвижности поверхностных электронов над гелиевой пленкой, позволившие сделать вывод о локализации электронов над неоднородностями потенциала диэлектрической подложки, вызванными дефектами и шэроховдтоегчмн-

Экспериментальное обнаружение новых связанных электронных состояний - диплонов! электронов на гелнмоп пленке, локализованных над положительными нонами, сцепленными с полложкол-

Результаты измерения в квантующем магнитном поле продольной мзг-ннтопроводимости ПЭ над жидким гелием, включая и область электронного кристалла, позволившие установить аномальный характер поведения этой величины в рнплонноя области рассеяния.

Экспериментальная реализация хвазнодномерной электронной системы над жидким гелием и результаты измерения проводимости системы.

Результаты и выводы работы могут оказаться важными как для интерпретации аналогичных исследования, так и для уточнения представления о классических н квантовых свойствах ПЭ при различных услови-

ях. приводящих к нх локализации. Результаты могут Сеть использованы: в физике низких температур при исследовании объемных и поверхностных свойств квантовых жидкостей и кристаллов; в электронике для моделирования двумерных заряженных систем? в физике твердого тела при анализе поверхностей тел с целью выяснения структуры нх. потенциального рельефа. Вышеперечисленное обуславливает научную н практическую ценность диссертации.

Дпроаациз результатов исследования по теме диссертации в Форме докладов и обсуждений проводилась на: гг-м <Кишинев. 19й2> и 29-м <Казань, 1992> Совещании по физике низких температур. 21-я Международной конференции стран - членов СЭВ по физнкс и технике низких температур «Варна. 1983». Советско-Германском симпозиуме "Физика сверхнизких температур" <Алупта.1991 >.

Пуолнкдции. По материалам диссертационной работы опубликовано работ, основное содержание которых отражено в <5 - 9.

Диссертационная работа изложена на 116 листах машинописного тек ста. включая 22 рисунка, и имеет следующую структур.

& глав«- 1_ приводится обзор исследований основных свойств ГО. близких к теме данной диссертации.

Гл^ра а посвящена экспериментальному исследованию ПЭ над сверх текучей гелиевой пленкой, покрывающей твердый диэлектрик с досглточ но больаюй диэлектрической постоянной. Здесь также описываются исследования днплонной системы! электронов на гелиевой пленке» локализованных над положительными ионами« сцепленными с подложкой.

в гларе з изложены материалы исследования транспортных свойств ПЭ над жидким гелием в квантующих магнитных нолях, перпендикулярных поверхности. При этом анализируются возможные эффекты влияния локализации носителей в магнитном поле на кннетнческне свойства электро нов.

Реализация и результаты исследования проводимости квазцодномер-ной электронной системы над жидким гелием опнеаны в с^аве 4-

Основные итоги работы и сделанные на нх основании выводы приве дены В "Заключении".

О:новная часть.

В первой главе приводится обзор литературы по теме исследования. Как известно в потенциальной яме. образованной небольшим потенциалом сил изображения и относительно большим потенциальным барьером повёр-

хностн гелия, электрон локализуется на макроскопическом расстоянии от поверхности гелия н его состояние описывается уравнением Шреднн-гсра. аналогично уравнению для атома водорода. Среднее расстояние электрона от поверхности в основном состоянии составляет 114 Я, с энергией - В К. так что при температуре Т £ 1К практически все электроны находятся на основном уровне.

При наличии прижимающего электрического поля еа электроны деформируют поверхность жидкости, что приводит к деформационной локализации электрона с энергией локализованного состояния £2з:

а.

(е-Е.) '

1п

- о,5] . . »1-, )

где

4-Я Р У" *(еЕ.)!

-} - РАДИУС .локализации электрона, г = я1/г- <р/с> */г. <р - плотность гёлня. а - поверхностное натяжение гелия>. Движение ПЭ вдоль поверхности является квазнсвободным и подвижность электронов ограничивается их взаимодействием с атомами газообразного гелня <ив> и с рип-

лонамн <ц >» I»"1 + где

г б г

З-Я-Ачг м у

р

а с-Ь

и-е-Е?

<2>

к - сечение рассеяния медленных электронов; "-число атомов в паре гелня на 1 см3; у-эффектнвныя боровскнй радиус.

В постоянном магнитном поле Н. нормальном к поверхности гелня, волновая Функция электрона и длина локализации электрона есть.-

^ <г>

I- 5 )•

2-е £ .И

<3>

где <~ - радиальная координата. В этом состоянии электрон локализуется в плоскости * = □ н вырождение снимается сопутствующими деформационными явлениями. Спектр электронов представляет собой набор эквидистантных уровней «уровней Ландау>. кратных циклотронной частоте

• ы = ••Н/<с'"> . с

В случае ПЭ над сверхтекучей гелиевой пленкой толянной а. ватяеЯ твердую подложку с диэлектрической проницаемостью е

О

связи электрона с поверхностью существенно увеличивается по нню со случаем массивного гелия. Электронный спектр ирн этом

покры-энергня сравне-имеет

следующнп вид гзз; 7

«с.-1>вг I 4 г 4

Д,= - —- - г

. и:

1<е +1» «1 1 I. « »

«

заесь - нули Функции Зйрн. Новсрулость стабилизируется ван дер-ваальсовымн а-.ламн и предельно возможная концентрация НЭ над пленкой гелия существенно выше, чем для случая массивного гелия, связанные электронные состояния над пленкой впервые наблюдались в Н^ и подвижность в этом случае оценивалась как весьма низкая.

Во второй главе описываются постановка экспериментов и результаты исследования ПЭ над пленкоя гелия, смачивающей твердые диэлектрики сз - 73, Вследствие малой подвижности ПЭ в этом случае требовалеч более чувствительный метод исследования и качественно новый юдход к измерениям. Эту задачу удалось решить путем применении СВЧ-резонансного метода с использованием в качестпе ячейки высокодобротного сверхпроводядего резонатора <НИ| мода колебания» н прецизионных измерений его добротности. Диэлектрическая подложка в Форме диска устанавливалась на дно резонатора или вблизи дна. Толщина гелиевой сверхтекучей пленки задавалась разностью высот <ь> между уровнями пленки на подложке н массивной жидкости ниже подложки и вычислялась но формуле ь ,/3' 10 л

см4/з>. Плотность электронов над пленкоя определялась из условия полного насыщения заряда.

Использовался наиболее распространенный метод измерения высоких добротиостей - метод декремента. Величина добротности '■'-<!> варьировала от 10° до 2'10' и определялась путем измерения с помощью прецизионного куметра характерного времени переходного процесса в резонаторе. Измерения проводились на частоте 9,4 ГГц. Обработка результатов измерения основывалась на анализе СВЧ-резонансного метода исследования вешеств и было получено выражение для эффективной проводимости электронного слоя в резонаторе:

ы-1

----;

здесь »1 - толщина диэлектрика? ^ высота резонатора. Выражении- 1Ь> не содержит подгоночных параметроп и прямо связывает эффективную проводимость »подвижность» слоя ИЗ с величиной нагруженной

- а -

добротности резонатора.

Задача первой стадии эхеиерамнтаяьноЕ работа Заключалась в апробировании методики измерения и измерительно,: с!:йтеки с ^слееади ПЭ над гелневоя пленкой н оценке по измеренным данным эффеггизят< значения высокочастотной подвижности сгз. в качестве подложки был взят тефлон: диэлектрик, имеющий низкие диэлектрические потерн. и относительно небольвую проницаемость. Источником электронов служил разряд около острия вольфрамовой иглы- Оценки с использованием выражения <1> показали, что для идеально гладкой подложки с - 2 при ТИК электроны над насыщенными гелиевыми пленками не локализуются в плоскости поверхности н должны двигаться квазнсвободно. а нх подвижность должна определяться рассеянием электронов на атомах пара н риплонах. Однако, подученное в работе малое значение ц нельзя объяснить в рамках такой картины н это привело к предположению об относительно сильной локализации электронов над микроскопическими неодно-родностямн поверхности.

Подробные исследования переноса ПЭ на гелиевой пленке были проведены с использованием сапфировой подложки, известная микроструктура поверхности которой давала возможность точнее интерпретировать полученные результаты с&э. при толщине пленки ~ 300 & энергия связи электрона на порядок превосходит энергию связи электрона над массивным гелием н составляет *■ 70 К. Эксперименты проводились в диапазоне температур 1,65 К - 2.14 К при концентрациях электронов до Ю^см-2. Измеренные значения проводимости электронного слоя на пленке позволили получить данные об эффективное подвижности ПЭ. величина которой составила <1-2> 103 см'/В-с при Т = 1.7 К. что существенно ниже значений ц для случая ПЭ над массивным гелием. Анализ значения приведенного сопротивления р &У слоя ПЭ в зависимости от плотности атомов гелия в паре N указывает на преобладающую роль атомов пара в процессах рассеяния СВЧ-энергин электронами. Объяснением малого значения ц является предположение, что из-за вероховатостея поверхности возникают вариации потенциала подложки, причем, в местах с накболь-вея глубиной потенциальных ям происходит преимущественна л локализация электронов. Локализация электронов сопровождается деформацией под ними жидкого гелия - образованием лунок, то есть дополнительной автолокалнзацнея. Проводимость будет зависеть от соотноиения собственное частоты колебания электрона в потенциальной яме ь>о, частоты колебания лунки иа н частоты СВЧ поля «. При ио> > ыа> ы под деяст-

я

лкем ведуоеги паяя будет авнгатьс.! комплекс: з,тктр.:н лунка H преде as снлы;оН электрона мшп зрительным дигсипа! нвкым мг/а

HJWMOM KOÄ&T cir.T-f азагмоаайсгыю электрона г- тепловыми колебаниями массивного гели«. Диализ поверхности положки показал, что в оо стрелу;« нмеьгг места выступающие кромки и пики с Афакп-рпимн раз мерами 200 "Jô S. илитногл ь кот^рыл с оста ют с г " Ht1' см 7 и сопл мерима с максимальной плс. ность* злек тронов, достигаемой в экс-пери ментах. Величина потещиальнол ямы для илсктрила нал выступами круп ных шероховатостей составляет десятки гралусои, «л потенциальная энергия электрона, находящегося между онс-тупами. исходя из характер ных прижимающих электрически/ полой '-j,. согтаоляп - Ш К. При не большой концентрации электронов основная и/ -¡ai гь расположена нал выступами н характерная частота колебаний алгкч piüi;»: поперек цепи чек. соответствующая средней глубине питепцна ■■n.ür.ii ;мы. согталяяот 101Z Гц. что значительно выше и> и, сл^лоиатслмю tiwi моего гипс тнческий характер движения ГЗ.

В экспериментах по исследованию переход.! irj из ¡окапнаованнпго н делокалнэоваиное состояние путем изменения -i использовалась пп.ило

пая подложка. нчептам поле«- г гадкую mmrpz

l!0( 11. ' ! • . ;i,<MitHMi" l|. полипжио! i h 1!'J ит мп щины пленки, спяыя при К'мтратурс \ , Г К и " ;! iü° см г представлена на pût I. С ростом ч от iiuil Я ло ÖUU S i:eличина ¡1 изменяется от 2Ь0 ао значения l.'.j 11)4 см*-' В с. характерного д ПЭ нал массивным гели ем. выходя на насышпшг при " - ГОН Д Протя женный участок записи мости при неоолмше/ <• '8 - параметр, не завн ïn объяснена

fc

Ю4

d. Ю

-б

l'hc.l.

может быть аппроксимирован Функцией ц ' сящнй от d>. Экспоненциальная зависимость в условиях тем. что при увеличении толщины гелиевой пленки уменьшаются вариации

потенциала подложки, причем, при а меньших среднего расстояния между мнкровыступамн глубина потенциальных ям уменьшается экспоненциально. Диссипация при относительно высоких температурах определяется столкновениями комплекса электрон-лунка с атомами гелия в паре. ¿»нж-ность лунки с элехтроном будет обратно пропорциональна N н размерам лунхн. которые в свою очередь пропорциональны среднее глубине потенциальной ямы. Представление дефекта на поверхности подложки в виде шара позволило получить выражение для потенциала взаимодействия электрона с дефектами в виде си ~ е*р<-яч/а>. То есть в в вышеприведенном выражении есть величина яУ®.

Интересной экспериментальной задачей явилось исследование свойств ПЭ над положительными нонамн, сцепленными с подложкой <днплонов> свз. энергия связи ПЭ в поле нона и радиус локализации электрона на пленке толщиной, 300 й составляют ~ 100 К и ВО й соответственно. Исследования проводнлнсь в диапазоне температур 1.Б5К — 2.14 К при максимальных электронных н ионных концентрациях 101Осм~г и прн варьировании толщины гелиевой пленки от 200 8 до 700 Я. В качестве источника положительных ионов служил разряд около острня вольфрамовой нглы. Рассчитанная эффективная подвижность электронов составляет 70 см2/ Вс прн 1.7 К. что значительно ниже ранее полученных значении подвижности. Температурная зависимость величины р• Д'-" в области температур 1.9 К - 2.1 К коррелирует с зависимостью плотности тепловых возбуждений сверхтекучей жидкости. Прн более низких температурах Зависимость р-Д^ от Т менее выражена <как н в случае отсутствия заряда на подложке >. Полученные результаты объясняются более сильной по сравнению с предыдуднмн случаями локализации электронов в потенциальных ямах, образованных суммарным действием подложки и положительных нонов, а также большими размерами лунок под электронами по сравнению со случаем незаряженной подложки. СВЧ-по1ерн будут определяться взаимодействием комплекса "электрон-лунка" с тепловыми возбуждениями жидкости, атомами пара, а также затуханием поверхностных волн, возбуждаемых движущейся лунксй. Следует отметить, что. поскольку период колебаний лунки под действием ВЧ поля составляет 10~1Ос. процессы рассеяния носят кинетический характер.

В третьей главе рассматривается перенос поверхностных электронов нал жидким гелием в магнитном поле Н. перпендикулярном поверхности ее. 93. Исследования продольной магннтоприводнмосгн 'и^1. проводнлнсь на частотах ^ = 5 - 30 кГц в области температур 0,5 К - 1,8 К и

магнитных полях до 3.5 Т. Концентрация электронов г» составляла 8 -2

<1-3>Юсм . Исследования включают также н область существования внгиеровского кристалла.

Продольная магннтопроводнмость определялась по измеренному сдвигу Фазы сигнала, прошедшего через ячейку с ПЭ. Использовалась ячеяха круговой геометрии. Поверхность жидкого гелия располагалась между верхним и нижним плоскими круговыми электродами. Последний представлял собой диск согы™ н являлся измерительным Для установления связи измеряемой величины Дф<0> с проводимостью ПЭ в магнитном поле были проведены расчет тока н калибровочные измерения. Для дакноя геометрии

б» ю Ом

выполнялось

электродом, продольной измеряемого электродов соотношение

15

ю

1 о • «ч

*

Т. / « / • /* .//

1 ■ 1 • *'* А л* У?

*а<Дф> = 1.7^/оп. На рис.2 приведена температурная зависимость

кон--г

о для различных

центрацня ГО» 10"см <обозначенная х ) ; 4 10всм~г

0,5

Рис. 2. -г

1,0 1,3

т,к

<обозначенная •>; и 8,910е см-2 «обозначенная к> . Н = =4.26 кЭ. Характерное для газовой области рассеяния уменьшение <7П при понижении тем пературы сменяется в рнилонной области ела бым возрастанием, а для п = в. 9 10е см"2 значения охх практически не зависят от Т. Темпера тура минимума лежит в об ласти 0.65 К - 1.05 К и слегка зависит от концентрацнн.

Экспериментальные результаты интерпретируются следующим образом. Известно, что в отсутствие магнитного поля время релаксации элек тронноя системы пря взаимодействии с атомами гелня в первом приближении не зависит от энергии, а в области рнплоиного рассеяния такая зависимость имеет место и, следовательно, влияние магнитного поля на величину а оказывается различным г этих двух областях. В

газового рассеяния в слабых магннтиых попях. когда Ь<■>.:■■ •«т.

области измене

нне характеристик переноса обусловлено в основном динамическими причинами« действием силы Лоренца, приводящей к новым особенностям в кинетических процессах. В этом случае продольная проводимость может быть представлена соотношением с = о /<1+ ц Н2/^». < здесь и и ц

** о о о с

- проводимость и подвижность электронов в нулевом магнитном поле>. Следует отметить, что найденные значения ио оказались ниже литературных данных приблизительно в 1.5 раза. При увеличении магнитного поля зависимости отклоняются от классического поведения и при

Кмс>|<Т происходит переход к квантовому режиму переноса. В предположении. что электроны подчиняются больимановской статистике и имеет место короткодействующий потенциал взаимодействия электронов с атомами гелия в паре. о определяется как 403:

. _ 2 с»Н(Л(1)С /ЭТ)г.ь,г/1Т1 кт п е

«V Г1 ^ГАТ> ВД»<Г/««Т> - т вь<г/кТ»з ^ <7>

Здесь I. - модифицированная функция Бесселя первого порядка. Г = =ь<2шс/т:) - ширина уровня Ландау. Вычисленная по <7> подвижность оказалась на 20» ниже, чем в нулевом магнитном поле. В эксперименте отмечалось малое - влияние электрон-электронного взаимодействия на кинетические свойства ПЭ в магнитном поле при Т ^ 1,5 К, В области рнплонного рассеяния теория магннтопереноса была развита Монарха сиз. в которой установлено определяющее влияние рнплонов с длиной волны, соизмеримой с магнитной длиной. Обнаруженное возрастание аххс уменьшением температуры находится в качественном согласии с теорией, а при « - 4 10® см~гимеет место и количественное согласие <на ч рис. 2 сплошными линиями». Расчет.по теории Сайто Г123 хуже описывает полученные данные <штрих-пунктирные линии на рис. 2>. Следует отметить, что рассмотренные двухрнплонные процессы диссипации практически не сказываются на магнитопереносе ПЭ. а учет механизма влияния на; элек-трон-рнплонное рассеяние взаимодействия между электронами. обусловленного наличием флуктуирующего поля, дает вклад в величину оа приблизительно в 8 раз меньшую, чем экспериментальные значения.

Полученные в работе экспериментальные данные по электронному кристаллу сдэ. как и данные других экспериментальных работ свидетельствуют об отсутствии большого различия между характеристиками магннтопереноса выше и ниже температуры плавления, что может быть связано с тем. что магнитное поле обеспечивает достаточно высокую степень локализации электронов, на фоне которой

дополнительная локализация в рсагстке мапо сказывается на процессах переноса. Теоретически рассмотренные р теории Сапто эти зависимости отличаются существенно.

Испольйоиакге ранее полученных оксиорпмеитальных данных о ¡\;. и С1у для расчета схх по соотношению о3„ - дают значения

а . совпадавшие в пределах погрсчхнппоП измерения с нлпденнымн в настоящеп работе. Исходя из этого можно говорить о самосогласован ностн данных, полученных в различны;? экспериментах.

В четвертой главе описаны ояэтм ¡го реализации квазиодномерноп электронной системы на 1ГЭ ¡1 приведены предварительные результаты этих опытов С133. Для обеспечения одномерности нспользоваинсь искривления поверхности жидкого гелия, затекающего поа действием сил поверхностного натяжения ид высоту » с каналы профилированной подложки к образующего желобки радиусом Эксперименты проводились на частоте 1,1 МГц яри температуре 1.5 К и концентрация?. электронов до ¡ДМи9 смг Использовался метод измерения и измерительная система, применявшиеся при исследованиях продольной мэгпитопроводимости Фаза прошедшего через ячепку сигнала измерялась для двух случаев: либо когда электроны под действием ведущего электрического поля движутся вдоль желобков <ч>| (>. либо в перпендикулярном желобкам направлении

<ц>х> Сдвиг фаз. обусловленный сопротивлением слоя электронов связанного емкостным образом «емкость С' с измерительными электродам!. определялся как Ф =» (м к •с). Зависимости сдвига фазы сигнала от прижимающего потенциала приведены на рис. 3. «пары кривых 1,8 к 3.4 соответствуют н ч>х при ь=о.4 см и 0.5 см. а кривые 5 и 6 соответствуют зависимостям ц^ и п>х при тонком слоем гелия на подложке>. Как вндно из рисунка, имеет место существенная

у, граЭ.

Ю

ЮО 200

v, в

зоо

Рис. 3.

1

анизотропия проводимости электронного слоя вдоль н поперек бороздок.

Результаты объяснены следующим образом. Из-за шероховатостей подложки потенциальные ямы над гребнями решетки составляют до 102 К. а для электронов в центре желобка * 4.5 К с величиной V 0.1 К <и)о- характерная частота осцнлляторного спектра>. Однородность энергии связи электрона с подложкой вдоль желобка обеспечивается постоянством к. При малых плотностях электроны локализуются над выступами решетки, а при достаточно больших, когда кулоновское взаимодействие становится существенным, электроны появляются в желобках. Поскольку < кТ. то электроны должны занимать достаточно высокие энергетические уровни, что не позволяет данную электронную систему считать строго одномерной. Перенос ПЭ в направлении бороздок определяется проводимостью электронов, находящихся над кромхамн решетки и являющейся относительно малой величиной, и проводимостью в желобках. дающей преобладающий вклад. По оценкам, отношение ц электронов для квазиодномерной н двумерной систем составило 0.42. Различие может быть обусловлено поляронным аффектом.

Основные результаты и выводы.

В области газового рассеяния исследованы зависимости подвижности ПЭ над твердым диэлектриком, покрытым сверхтекучей гелиевой пленкой. Малое значение ц и характер ее поведения объяснены относительно сильной локализацией электронов на неоднородностях поляризационного потенциала подложки. вызванных ее дефектами, к деформацией под электронами поверхности жидкого гелия - образованием лунок.

Обнаружен новый тип связанных электронных состояний; электроны на сверхтекучей пленке, локализованные над положительными ионами, сцепленными с твердой подложкой - днплоны- Эффективная высокочастотная подвижность электронов здесь ниже, чем в отсутствие заряда на подложке и определяется взаимодействием электронов с атомами гелня в паре н с тепловыми возбуждениями сверхтекучей жндкостн-

Проведены измерения низкочастотной продольной магннтопроводнмос-тн ПЭ над жидким гелием в магнитных полях, перпендикулярных слою ГГЗ. в вмрокой области температур н концентраций электронов, включая область электронного кристалла- В области газового рассеяния наблюдается хорошее согласие эксперимента с теорией магннтопереноса, однако при достаточно высоких температурах эффективное время релаксации электронной системы ниже аналогичной величины в нулевом магнитном

nuie. что вызвано, по-внднмому. образованием полярона.

Обнаруженное в области рнплонного рассеяния возрастание продольной магннтопровошмогтн с уменьшением температуры <лрн Т í 1 К> находится в согласии с теорией Монарха- Образование электронного кристалла не приводит к существенному изменению ахт . чтл объяснено дополнительной более сильной локализацией ПЭ в магнитном поле.

Реализована квазнодномерная электронная система для ПЭ путем заряжения электронами полосок жидкого гелия. затекающего под действием сил поверхностного натяжения в параллельные канавки профилированной диэлектрической подложки- Исследованы низкочастотные транспортные свойства ПЭ н наблюдена значительная анизотропия проводимости электронов вдоль и поперек каналов подложки- Значение подвижности ПЭ вдоль каналов несколько ниже, чем в двумерном случае ПЭ нал жидким гелием н. возможно, обусловлена поляронным эффектом

Литература.

I. В.Н.Григорьев. 0. И. Кнрнчек. Ш.З.Ковдря. Ю. П. Монарха, ФНТ. )ээо,

16, N3, 33 А.

3- Шикин В-Б-, Монарха Ю-П-. Двумерные заряженные системы в гелии. М- Наука- 159 с-

3. ГО. П. Монарха. В. Б. Шикин. ФНТ. 1982. £. N6. 563-ГС10.

4. А-С-Рыбалко, Ю-З-Ковдря, ФНТ. 1375. L, 1037-10435, В. И. Карамуюко, Ю.З. Ковдря. Ф. Ф. Менде, В. А Никопаонко, ФНТ.

8. N2. 219-223.

ь. Ю. 3. Ковдря, Ф. Ф. Менде, В. А. Ннколаенко.ФНТ. 1984, i.C. "''11 . 1129--114U.

7. Ф. Ф. Менде, Ю. 3. Ковдря, В. А. Ннколаенко. ФНТ, 19£Г/, ь'Б. 64R-

-650.

е. Ю. 3. Ковдря. В. А. Ннколаенко. O.K. Кнрнчек. П. II. Григорьев, ФНТ, iзэв, ia. NT. 573-SVB.

Э. Vu, i. Kfvdrya, V.ft. NiKoUyir.kc., O. J . К . r i cl.e i', S.S.SoWolov, and

v.N.Gi-igor'ev, J. Low Temp. Phys-., i3'J3, 91, N5/G, 371-389 . 10, R. VJ. vari der Heijd&V!, h. Gi jsrnar., ar-d F. M.''eytsrc, J. Phys. C. , 19BB, ¿1, N3. L.1 165-L1 171 .

II. Ю.П.Монарха, ФНТ. ísw. ü, k¿, 146-151.

12. M. Saitoh, 1Э84, 32, N1, 63-Ь5.

13. KJ.3.Ковдря. В. А. Ннколаенко. ФНТ. 19011. L&, 'Л\. ".278-1280. И. Ю.3.Ковдря, Ю.П. Монарха. ФНТ. 198¿. Li. «10. 1011 -«oís.

Qostract ■ Ni kol Vit-tcr Alekseevich. "Car^y arid lokaliiatiori of

surface electron over super i lqu 1 d helium".

Ihe thesis is precefited for compet lmori a doctor's degree irr r'hytics arid Mathematics on speciality 01.04.00. ~ Low temperature physic'.. Verkin Institute for Low te-nperat ure pf.yr-icb ar.d engine-erir-q. Nat lonel .cademy of science ot Ukraine, Kharkov, 199^*.

scientific works a defended which contain the experifnerital dates of v< x net i с propetits of surface electrons (БЫ at different condition of local l :al lori. The mobility SE on helium film covering dielectric is few orders lower then that for bulk helium, due to strong localisation of electrons both the roughnes of ihe substrate arid lfuplented positive ic-ns. The temperature dependence of coriduct i-vity SL in magnetic field is studied nMch in good agreement whith theoret ical calculation taking into account the quaiturn nature of eler trcf-riplon Kiteractior . The significant arnsotropy ot conductivity SE is estebl ishpd in q nas i -one-d i rnensi ona 1 system realized by using the curved surface c-f ht 1 l um flowing into grooves of on diffraction grating,

ah-тацич. Николаенко Виктор Алексеевич. "Перенос, и локализация поверхностных электронов нал сверхтекучим гелием"

Динссертацня на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.09. - Физика низких температур. физико-технический ннстнтут низких температур им. Б.И.Вер-кина НАН Украины, Харьков. 1S94.

Защищается 12 научных работ, содержащих экспериментальные данные г. кинетических свойствах поверхностных электронов <ПЭ> в различных условиях их локализации. Установлено: подвижность ПЭ над гелиевой пленкой, покрывающей диэлектрик на несколько порядков меньше, чем над массивным гелием, вследствие сильной локализации ПЭ над неодно-родностямн подложки или положительными зарядами на ее поверхности; найденные особенности температурной зависимости проводимости ПЭ в магнитном поле хорошо согласуются с теоретическими расчетами, учитывающими квантовую природу электрон-риплонного взаимодействия; наличие существенной анизотропии проводимости ПЭ в квазнодномерной сне-1'еме. реализованной над слоями гелия, в каналах дифракционной решетки.

!: 1КЧ9В1 слова: руклив! сть. квантовип перенос, поларон. пров1дн1сть.

Ответственный за выпуск - канд. Ф. -м. н. Зуев Н. В.

Подписано к печати 01.11.94. Фнз. п. л. 1.

учет. изд. л. 1. заказ n 52 . тираж 100 экз. Ротапрннт ФТИНТ НАН Украины, 310164, Харьков-164, пр. Ленина. 47.