к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Туннельная спектроскопия

Туннельная спектроскопия - спектроскопия твёрдых тел, основанная на исследовании вольт-амперной характеристики (ВАX) туннельных контактов. В основе туннельной спектроскопии лежит нелинейная зависимость туннельного тока I, протекающего между двумя проводниками, разделёнными тонким непроводящим барьером (диэлектриком, вакуумным зазором), от приложенного между ними напряжения V. Особенности электронного спектра проводника отражаются на ВАX туннельного контакта. Так, щель в спектре приводит к обращению тока в 0, а максимумы в плотности состояний сопровождаются максимумами производной тока по напряжению dI/dV. Особенности ВАX позволяют выяснить зависимость плотности состояний электронов от энергии, а также частоты фононов и молекулярных возбуждений, участвующих в процессе туннелирования.

Вероятность туннелирования через потенц. барьер определяется прозрачностью барьера, плотностью состояний электронов по одну сторону барьера и вероятностью того, что по др. его сторону эти состояния свободны. В металле плотность состояний g вблизи фермы-энергии 5032-23.jpg постоянна5032-24.jpg и туннельный ток I пропорц. напряжению V, приложенному к "берегам" перехода (в области малых напряжений). Если на одном из берегов плотность состояний зависит от энергии 5032-25.jpg то дифференц. проводимость контакта dI/dV и, следовательно, туннельный ток при достаточно низких темп-pax прямо пропорц. 5032-26.jpg

5032-29.jpg

Туннельная спектроскопия позволила продемонстрировать наличие энергетич. щели D в сверхпроводниках и доказать, что возникновение сверхпроводимости происходит за счёт электрон-фононно-го взаимодействия. На рис. 1 дана зависимость дифференц. проводимости от энергии возбуждения электрона (в единицах D) для контакта Mg (диэлектрик)-Рb (сверхпроводник) при T=0.33 К. Электронные возбуждения при энергиях, меньших 5032-27.jpg отсутствуют, плотность возбуждённых состояний на границе щели 5032-28.jpgрезко возрастает, а в области характерных энергий фононного спектра Рb немонотонно изменяется. Именно последнее связано с электрон-фононным механизмом сверхпроводимости. В случае полупроводников туннелирование электронов через p-n-переход часто осуществляется через т. н. непрямой переход, когда электронный импульс в процессе перехода изменяется на величину а за счёт испускания или поглощения фонона. Этот процесс может происходить, когда между берегами туннель ного перехода приложено напряжение, определяемое условием 5032-30.jpg - энергия соответствующего фонона с волновым вектором q, и проявляется как особенности на ВАX (рис. 2). Стрелками отмечены особенности для разл. ветвей колебаний (акустич. и оптич.), участвующих в туннелировании электронов (см. Колебания кристаллической решётки).

5032-31.jpg

Рис. 2. Зависимость 5032-32.jpg от смещения V для кремниевого диода при 4,2 К.

Если в процессе туннелирования электрон передаёт часть энергии локальному примесному состоянию, то открывается дополнит. канал для туннелирования. Включение "туннелирования через примесное состояние" увеличивает проводимость контакта при 5032-33.jpg где w0 - энергия возбуждения примесного центра. На кривой 5032-34.jpg это отражают дополнит. пики. Форма линии при этом зависит от естеств. ширины линии, энергии возбуждения и температурного уширения из-за теплового "размазывания" энергетич. распределения электронов (рис. 3).

5032-35.jpg

Рис. 3. Спектры примесей СH в туннельном переходе кремниевого диода.

Т. с. помимо исследования плотности электронных состояний позволяет исследовать влияние внеш. воздействий на электронный спектр, напр. деформации, легирования и т.п.

В отличие от традиционной Т. с. с к а н и р у ю щ а я Т. с. кроме энергетич. характеристики позволяет получить пространств. характеристики электронных поверхностных состояний. Она базируется на использовании сканирующего туннельного микроскопа, где туннельный ток локализуется в области размерами порядка атомных. Это позволяет выявить расположение максимумов волновых функций электронов относительно двумерной кристаллич. решётки поверхности образца. В многослойных плёнках, гетеропереходах, сверхрешётках и др. возможно также выявление и спектроскопия отд. компонентов.

Метод сканирующей Т. с. предложен (в 1986) Р. Дж. Ха-мерсом (R. J. Hamers), Р. М. Тромпом (R. М. Tromp) и Дж. Е. Демутом (J. Е. Demuth), продемонстрировавшими его возможности при изучении реконструированной поверхности кристалла Si (см. Реконструкция поверхности). На рис. 4 приведены ВАX, полученные в разных точках элементарной ячейки 7x7. Различие 5032-36.jpg обусловлено различием локальных значений плотности поверхностных электронных состоянии относительно межатомных расстояний.

5033-1.jpg

Рис. 4. Спектры туннельной проводимости 5033-2.jpg в функции напряжения между остриём и образцом, полученные для 5033-3.jpg поверхности. Сплошная линия-спектр, усреднённый по элементарной ячейке (врезка), локальные спектры даны при расположении острия над атомами (квадратики) и в промежутках между ними (точки и крестики соответствуют позициям, помеченным теми же символами на схеме элементарной ячейки).

Достоинство сканирующей туннельной спектроскопии состоит в возможности изучения сорбированных на поверхности атомов и молекул и механизма поверхностных хим. реакций. При т. н. неупругом туннелировании (изменяется энергия электрона) наблюдается селективное излучение света, а при освещении туннельного контакта - изменение ВАX. Перспективно повышение селективности я информативности метода.

Сканирующая туннельная спектроскопия играет важную роль при исследовании сверхпроводимости, в особенности высокотемпературной, позволяя измерить распределение энергетич. щели по поверхности, установить структуру вихрей Абрикосова, возникающих в сверхпроводниках второго рода в магн. поле. Изменяя величину зазора между образцом и остриём сканирующего туннельного микроскопа, можно наблюдать резонансные состояния, обусловленные интерференцией электронов с длиной волны 5033-4.jpg в вакуумном зазоре d при5033-5.jpg(т,5033-6.jpg- масса и энергия электрона, n - целое число).

Литература по туннельной спектроскопии

  1. Туннельные явления в твердых телах. Сб., под ред. Э. Бурштейна, С. Лундквиста, пер. с англ., М., 1973;
  2. Wolf E. L., Principles of electron tunneling spectroscopy, Oxf., 1985;
  3. Hamers R. J., Tromp R. M., DemuthJ. E., Surface electronic structure of Si (III) - (7x7) resolfed in real space. "Phys. Rev. Lett.", 1986, v. 56, p. 1972;
  4. Averin D. V., Likharev К. К., Coulomb blocade of single-electron tunneling and coherent oscillations in small tunnel junctions, "J. Lov. Temp. Phys.", 1986, v. 62, p. 345;
  5. Эдель-ман В. С., Сканирующая туннельная микроскопия, "ПТЭ", 1989, № 5, с. 25; "ПТЭ", 1991, № 1, с. 24;
  6. Hess H. F. [e.a.], Scanning-tunneling microscope observation of the Abrikosov flux lattice and the density of states near and inside a fluxoid, "Phys. Rev. Lett.", 1989, v. 62, p. 214.

Н. В. Заварицкий, В. С. Эдельман

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution