9. Андрієвський Володимир Васильович. Дослідження процесів релаксації та взаємодії електронів у мікроконтактах і кристалах вісмуту методом фокусування електронів провідності: дис... д- ра фіз.-мат. наук: 01.04.07 / НАН України; Фізико-технічний ін-т низьких температур ім. Б.І.Вєркіна. - Х., 2004.
Анотація до роботи:
Андрієвський В.В. Дослідження процесів релаксації та взаємодії електронів у мікроконтактах і кристалах вісмуту методом фокусування електронів провідності. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07–фізика твердого тіла.- Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України, 2004, Харків, Україна.
Представлено результати експериментальних досліджень процесів релаксації та взаємодії нерівноважних електронів провідності як у самому мікроконтакті зі струмом, так і на циклотронній траєкторії, а також на поверхні кристала вісмуту. Базовою експериментальною методикою було фокусування електронів провідності в металах поперечним магнітним полем. Використання напруги постійного струму в якості додаткового параметра надало можливість змінювати енергію інжектованих у кристал електронів у широких межах.
Виявлено, що розтікання потоку електронів у вісмуті має сильно виражений анізотропний характер, який проявляється навіть у відсутності зовнішнього магнітного поля. Цей ефект обумовлений наявністю на поверхні Фермі електронів протяжних ділянок, які мають нульову гауссову кривину. Встановлено, що міждолинне поверхневе розсіювання електронів від тригональної грані кристала вісмуту є переважно хаотичним. Показано, що поблизу цієї грані у вісмуті в сильному магнітному полі, яке паралельне поверхні, формується шар з високою провідністю в разі як дзеркального, так і дифузного відбиття електронів від поверхні. Встановлено, що надлишкова енергія інжектованих у кристал електронів менша, ніж це обумовлено прикладеною до мікроконтакта напругою, через часткову їх енергетичну релаксацію в мікроконтакті. Визначено, що час електрон-фононної релаксації в кристалі вісмуту змінюється обернено пропорційно квадрату надлишкової енергії у широкому інтервалі енергій. Виявлено існування каналів непружного поверхневого розсіювання нерівноважних електронів у вісмуті. Запропоновано та реалізовано метод “циклотронної спектроскопії” електрон-фононної релаксації в мікроконтакті. Показано, що протікання електронів крізь мікроконтакт малого розміру створює в кристалі вісмуту умови для спостереження за допомогою поперечного електронного фокусування явищ квантово-інтерференційної природи: дифракція та інтерференція.
Узагальнення усієї сукупності отриманих даних підтверджує ефективність методу поперечного електронного фокусування для вивчення процесів релаксації та взаємодії нерівноважних електронів у металах.
У дисертації вивчені можливості методу фокусування електронів провідності поперечним магнітним полем для дослідження процесів релаксації та взаємодії електронів як у мікроконтактах, так і на балістичній траєкторії, а також процесів взаємодії в електронних потоках. Проведені дослідження на монокристалах вісмуту виявили цілий ряд нових явищ в електронній кінетиці.
Основні результати дисертації отримані вперше, мають фундаментальний характер і можуть служити надійною експериментальною базою для подальшого розвитку теорії релаксаційних явищ у металах в умовах сильної нерівноважності носіїв заряду. Серед пріоритетних результатів, що виносяться на захист, принциповий характер мають наступні:
Розтікання потоків електронів поблизу мікроконтакта, що інжектує електрони, у кристалі вісмуту має сильно виражений анізотропний характер: електронні потоки високої щільності спостерігаються в напрямках, що задаються циліндричними ділянками поверхні Фермі вісмуту.
При відбитті слабко нерівноважних електронів провідності від поверхні кристала вісмуту поряд із внутрідолинним розсіюванням при гелійових температурах мають місце міждолинні переходи, що можуть бути скорельованими або хаотичними. Висока дзеркальність поверхневого відбиття на досконалій поверхні вісмуту обумовлена домінуючою роллю внутрідолинних переходів, а імовірність дифузного розсіювання як для внутрідолинного, так і міждолинного каналів приблизно однакова.
Надлишкова енергія електронів у потоці, що виходить з області мікроконтакта, менша ніж значення , що задається прикладеною до мікроконтакта напругою . Причиною цього є сильна енергетична релаксація електронів у мікроконтакті за рахунок електрон-фононної взаємодії. Нерівноважні фонони ефективно залишають область мікроконтакта без реабсорбції надлишкової енергії електронами, завдяки чому відсутній помітний перегрів фононної системи в області мікроконтакта на поверхні кристала
Час електрон-фононної релаксації в кристалі вісмуту змінюється в широкому інтервалі надлишкової енергії електронів відповідно до співвідношення , що встановлено прямим методом за допомогою аналізу залежності амплітуди піка електронного фокусування від струму через мікроконтакт.
Провідність мікроконтакта на вісмуті при великих струмах і прикладених напругах ( мВ) визначається додатковим внеском міжзонного тунелювання і градієнта потенціалу, що приводить до зміни концентрації носіїв заряду в області мікроконтакта і появи нелінійності вольт-амперної характеристики самого мікроконтакта.
Поверхневе відбиття “енергізованих” електронів супроводжується деякою втратою їх надлишкової енергії, що встановлено аналізом відносного положення перших двох ліній електронного фокусування на шкалі магнітних полів при зміні надлишкової енергії електронів.
Опір приповерхневого шару кристала вісмуту в умовах скінування постійного струму змінюється лінійно за магнітним полем у випадку як дзеркального, так і дифузного характеру відбиття електронів провідності від поверхні. Це означає, що ефективна довжина вільного пробігу електронів у сильному магнітному полі в приповерхневому шарі кристала залишається порядку об'ємної довжини вільного пробігу в нульовому магнітному полі при будь-якому ступені дзеркальності поверхневого відбиття.
При протіканні через мікроконтакт струму, що відповідає надлишковій енергії електронів, яка помітно перевищує дебайову енергію (тобто за сильної “енергізації” інжектованих електронів), виникає випромінювання фононів з виділеними значеннями частот. У фононному спектрі частоти відповідають точкам з високою щільністю фононів. Основну групу нерівноважних фононів, що випромінюються, складають високоенергетичні подовжні оптичні фонони, які не мають дисперсії. Електронне фокусування дозволяє здійснювати “циклотронну спектроскопію” електрон-фононної релаксації в мікроконтакті.
Потік електронів провідності через мікроконтакт створює в кристалі вісмуту явище квантово-інтерференційної природи – дифракцію електронного пучка на отворі (мікроконтакті). Неоднорідний кутовий розподіл дифрагованих електронів щодо осі мікроконтакта в методі електронного фокусування перетворюється у додаткові регулярні піки на фоні першої лінії електронного фокусування при записі сигналу на колекторі як функції величини магнітного поля. Аналіз положення і зміщення піків при зміненні енергії електронів дозволив аналітично обґрунтувати і зв'язати появу цих піків на висхідній гілці лінії ЕФ з явищем дифракції.
Публікації автора:
Андриевский В.В., Асс Е.И., Комник Ю.Ф. Определение характера междолинного рассеяния электронов на поверхности висмута // ФНТ.- 1985.- Т. 11, № 11.- С. 1148-1155.
Андриевский В.В., Асс Е.И. Экспериментальное наблюдение усиленных потоков электронов в окрестности микроконтакта // ФНТ.- 1986.- Т. 12, № 5.- С. 543-544.
Грибов Н.Н., Шкляревский О.И., Асс Е.И., Андриевский В.В. Эффект Шубникова—де Гааза в электропроводности микроконтактов // ФНТ.- 1987.- Т. 13, № 6.- С. 642-645.
Андриевский В.В., Асс Е.И., Комник Ю.Ф. «Циклотронная спектроскопия» электрон-фононной релаксации в микроконтактах // Письма в ЖЭТФ.- 1988.- Т. 47, вып. 2.- С. 103-106.
Андриевский В.В., Асс Е.И., Комник Ю.Ф. Нелинейные эффекты при поперечной фокусировке электронов в висмуте // ФНТ.- 1988.- Т. 14, № 3.- С. 253-262.
Андриевский В.В., Асс Е.И., Комник Ю.Ф. Релаксация энергизованных электронов при их поперечной фокусировке в висмуте // ФНТ.- 1990.- Т. 16, № 3.- С. 326-334.
Andrievskii V.V., Ass E.I., and Komnik Yu.F. Cyclotron spectroscopy of electron-phonon relaxation in point contacts // ФНТ.- 1992.- Т. 18, № 5.- С. 513-515.
Андриевский В.В., Рожок С.В. Угловая зависимость коэффициента зеркальности при внутридолинных процессах рассеяния электронов на поверхности висмута // ФНТ.- 1992.- Т. 18, № 3.- С. 293-295.
Андриевский В.В., Комник Ю.Ф., Рожок С.В., Исследование проводимости приповерхностного слоя кристалла висмута в условиях скинирования постоянного тока // ФНТ.- 1993.- Т. 19, № 10.- С. 1117-1125.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V., Surface scattering of conduction electrons in bismuth // Surf. Sci. –1995.- Vol. 331-333.- P. 1181-1185.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V. New aspects of static skin-effect and transverse electron focusing studies into surface scattering of conduction electrons // Physics in Ukraine. - Low temperature physics. K.: BITP, 1993.- С. 10-13.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V. Investigation of heat transfer from current-carrying point contact to cryogenic liquid // Cryogenics.- 1994.- Vol. 34.- ICEC Supplement.- P. 393-396.
Андриевский В.В., Асс Е.И., Рожок С.В., Влияние температуры на процессы релаксации сильно неравновесных носителей заряда в висмутовом микроконтакте // ФНТ.- 1994.- Т. 20, № 10.- С. 1057-1061.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V. Relaxation of highly nonequilibrium electrons in bismuth point contacts //Physica B.- 1996.- Vol. 218, № 1-4.- P. 7-9.
Andrievskii V.V., Kolesnichenko Yu.A., and Rozhok S.V. Charge transfer between point contacts in high magnetic fields // Physica B.- 1995.- Vol. 212, № 1.- P. 75-82.
Комник Ю.Ф., Андриевский В.В., Рожок С.В. Тонкая структура линий поперечной электронной фокусировки в висмуте. I. Квантовые эффекты // ФНТ.- 1996.- Т. 22, вып. 12.- С. 1406-1417.
Андриевский В.В., Комник Ю.Ф., Рожок С.В. Тонкая структура линий поперечной электронной фокусировки в висмуте. II. Релаксационные эффекты // ФНТ.- 1996.- Т. 22, вып. 12.- С. 1418-1427.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V. The fine structure of the first electron focusing line in bismuth // Physica B.- 1996.- Vol. 218, № 1-4. P. 10-13.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V. Electron flow diffraction in a point contact // Czechoslovak J. Physics. –1996.- Vol. 46, Suppl. S 5.- P. 2577-2578.
Андриевский В.В., Комник Ю.Ф., Рожок С.В. Изучение поверхностной энергетической релаксации электронов проводимости в висмуте методом поперечной электронной фокусировки // ФНТ.- 1997.- Т. 23, вып. 3.- С. 307-312.
Андриевский В.В., Комник Ю.Ф., Рожок С.В. Релаксация и эффекты градиента потенциала в висмутовом микроконтакте // ФНТ.- 1997.- Т. 23, вып. 10.- С. 1078-1087.
Andrievskii V.V., Komnik Yu.F., and Rozhok S.V. Electron flow diffraction in a point contact // Phys. Rev. B.- 1997.- Vol. 56, № 7.- P. 4023-4027.
Способ определения частот релаксационных фононов: А.С. SU1627006 A1, МКИ H 0I L 21/66// В.В. Андриевский, Е.И. Асс, Ю.А. Колесниченко, Ю.Ф. Комник, И.О. Кулик, В.Г. Песчанский, В.С. Цой, Р.И. Шехтер (CCCР).- № 4646732; Заявлено 03.02.89; Опубл. 08.10.90.-4 с.
Стабилизатор напряжения постоянного тока: А.с. SU1529203 А1, МКИ G 05 F 3/10// Ю.А. Колесниченко, Р.И. Шехтер, В.А. Булдовский, В.В. Андриевский, Е.И. Асс, Ю.Ф. Комник (CCCР).- № 4400244; Заявлено 29.03.88; Опубл. 15.08.89.- 3 с.
Андриевский В.В., Асс Е.И., Комник Ю.Ф. Нелинейные эффекты при поперечной фокусировке энергизованных электронных потоков в висмуте: Препр./ФТИНТ НАНУ; 34-87.- Х.: 1987.-32 с.
