Способ определения спектра квазичастиц в проводниках Советский патент 1990 года по МПК H01L39/24 

3 .145241 детектор 7 сигнала, пропорциокаль- ного второй производной ВАХ.

Образец 1, представляющий микро сужение в исследуемом проводнике, изготавливают непосредственно а низ- ® котемпературном устройстве 2 йзв ест- ным способом, С помощью специального устройства приводят в контакт в жидком гелии предварительно приготовлен-IQ вые и смонтированные электроды и получают точечный контакт (ТК), Варьируя усилие. прижима электродов и/шш место их касания, получают ТК, удовлетворяющий условию микроконтакт- 15 ной (МК) спектроскопии d Л , где

d - размер микросужения{ Л - энергетическая длина релаксации электрона,

Простым и надежным тестом ТК на это условие является вид ВАХ ТК, -п Удовлетворяющий этому условию такт имеет нелинейную.ВАХ металлического типа, причем Кд 1,ЗКу,где сопротивление ТК при нулевом напряении смещений; Ry- сопротивление 25 при напряжениях, вдвое превышающих напряжение, соответствующее краю фо- нониого спектра электронов (60- 100 мВ). . .

Иереэ полученный контакт от ис- точника 3 пропускают ток медленно изменяющийся регулятором 4. Ток соз-г ает на ТК медленно изменяющуюся раз-

ность потенциалов от нуля ро величин, соответствующих значениям характерных Энергий квазичастичных возбуждений, Этк величины по порядку величины изввстны и находятся в интервале 10- 100 мВ, Одновременно с постоянным напряжением на ТК 1 подают электроагнитное излучение от источника 5, астоту излучения f при этом устанавливают выше частоты релаксации fp квазичастиц в соответствии с условием ) f f), частота fp для определенного сорта квазичастиц считается известной. Излучение наводит в проводнике переменный ток и приводит дополнительно к осциллирующей не- равнрвесности электронной подсистемы, При этом амплитуда осциллирующей час ти неравновесной функции расщзёделе- ния квазичастиц, рождаемых электронами, зависит от соотношения частоты осцилляции э71ек тронной-под системы и частоты релаксации квазичастичной 55 подсистемы и уменьшается, когда частота осцилляц1й начинает превышать частоту релаксации. Вместе с ней

45

50

® IQ 15

-п 25

55

45

50

14.

уменьшается и та часть детектируемого сигнала, которая обусловлена рассеянием электронов на неравновесных , квазичастицах. Это приведет к зави- симобти величины нелинейности ВАХ от частоты излучения. Нелинейность ВАХ на частоте излучения определяют путем выделения из отклика образца на внешнее излучение сигнала, пропор- циональ ного второй производной ВАХ, и измерения его с помощью соответствующего детектора 7,

На фиг,2 показана эволюция МК- спектра ЭФВ (V), характерного для благородных Металлов (Cu,Ag,Au, имеющих fp- IO FH для фононов) в частотном диапазоне 10 -10 Гц. Шкала частот (см, фиг.2) дана в логарифмическом масштабе. В области микросужения в данном случае протекают два типа процессов рассеяния электронов: процесс релаксации электронов путем спонтанной генерации фононов и процессы релаксации фононов на электронах, реабсорбция фононов. Этот суммарный процесс неупругого рассеяния электронов приводит к нелинейности ВАХ. Можно выделить характерные области частот, где проявление этого суммарного процесса имеет качественные различия: f f р- оба типа процессов рассеяния дают вклады в нелинейности ВАХ} f 7/f - вклад процессов реабсорбции резко уменьшается, что четко проявляется в уменьшении сигнала при-смещениях и, следовательно, спектр ЭФВ проявляется в чистом виде; , уменьшение вклада процессов реабсорбции уже достигло своего предельного значения, однако спектр ЭФВ начинает искажаться по причине изменения кинетики спонтанной генерации фононов.

Оптимальное соотношение частот f(3-5)fp, установленное зксперимен- тально, соответствует уменьшению вклада процессов реабсорбции в 10 раз, что позволяет наблюдать слектр практически в неискаженном виде. Понижение частоты относительно оптимума приводит к возрастанию вклада процессов реабсорбции и усилению-искажения спектра. При повышении частоты f сказывается другая причина искажения спектра - изменение кинетику процессов испускания электронами неравновесных квазичастиц. Поэтому частота электромагнитного излучения ;.

5 1/I5

не должна превьпиать величину 0, /h Ю eV - максимальна) энергия квазичастиц), которая составляет (lO-IOO)fp.

Следовательно, если зависимость измеряемого сигнала от постоянного напряжения и на контакте дает информацию о спектральнс й плотности квазичастичных возбуждений, то развертка- по частоте f дает информацию о вкладах возбуждений с различными временами релаксации. Тем самым повышается информативность способа МК-спектро- скопии.

Использование предлагаемого способа обеспечивает все преимущества способа МК-спект.роскопии относительная простота технической реализации, широкий круг материалов, доступный исследованию, потребность для иссле дования малых количеств вещества. Кроме того, этот способ позволяет разделять вклады процессов неупругого рассеяния квазичастичных возбуждений, находящихся в одном энергетическом диапазоне и различающихся по временам релаксации. Это отличие повышает информативность способа путем повышения точности определения микрокон- |Тактных спектров, возможности идентификации и обнаружения новых механизмов неупругого рассеяния, возможности работы с объектами, имеющими сложную совокупность возбуждений с целью

д

25 15

20

30

1

ойнаружеиия и исследования новых

кинетических явлений.

Формула, изобретения

, 1, Способ Определения спектра квазичастиц в проводниках, состоящий в создании точечного контакта этих проводников с характерным размером микросужения, меньшим или равным длине -энергетической релаксации электронов, создании на точечном контакте разности потенциалов, соответствующей значениям характерных энергий хвазичастичных возбуждений, и измерений нелинейностей вольт- амперной характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем разделения вкладов совместно действующих разных типоб процессов рассеяния электронов и типов рассеивателей с различными характерными частотами релаксации, на точечный контакт одновременно с постоянным напряжением воздействуют электромагнитным полем, частота f которого превьппает частоту релаксации fpквазичастичных возбуждений, и измеряют нелинейности вольт- амперной характеристики на частоте f. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота f электромагнитного поля удовлетворяет условию

f (3-5) fp.

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к технике спектроскопии квазичастичных возбуждений в твердых телах. Цель изобретения - повышение информативности способа путем разделения вкладов совместно действующих разных типов процессов рассеяния электронов и типов рассеивателей с различными характерными частотами релаксации. Способ определения спектра квазичастиц в проводниках включает создание точечного контакта проводников с характерным размером, меньшим или равным длине энергетической релаксации, приложение разности потенциалов к контакту, соответствующей значениям характерных энергий квазичастных возбуждений, и воздействие на точечный контакт электромагнитным излучением, частота которого превышает частоту релаксации F_P квазтчастичных возбуждений. При этом частота электромагнитного поля удовлетворяет условию F = (3-5)F_P, а измерения нелинейностей вольт-амперной характеристики точечного контакта проводят по частоте F. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг.1

© 0

eV ttxTTt

.г