Coulombin hulluus

Coulombin vastus ( eng. Coulomb-vastus ) on avaruudellisesti erotettujen varausten vuorovaikutusprosessi Coulombin vuorovaikutuksen kautta . Se ilmenee kaksikerroksisissa rakenteissa, joissa metallikerrokset erotetaan tunneli -läpinäkymättömällä eristeellä, jolloin yhdessä kerroksessa kulkeva virta muodostaa toiseen kerrokseen virran, jossa on suljettu sähköpiiri tässä kerroksessa tai jännitteen avoimella piirillä. [1] . Vaikutus ennustettiin teoriassa Neuvostoliiton tiedemiehen M. B. Pogrebinskyn työssä [2] .

Ilmiön olemus

Tarkastellaan kahta johdinta, jotka on erotettu johtamattomalla materiaalilla. (Kun kyseessä on heterorakenne , joka koostuu GaAs -kvanttikuopista, jotka on erotettu AlAs :n muodossa olevalla esteellä ). Tunnelointivirta kvanttikuivojen välillä matalissa lämpötiloissa puuttuu tällaisesta rakenteesta melko paksun eristekerroksen (AlAs) vuoksi. Yhden kerroksen varauksenkuljettajien sähkökenttä voi kuitenkin vaikuttaa toisen kerroksen virrankantajiin. Osoittautuu, että kun virta kulkee yhdessä kerroksessa, jota kutsutaan aktiiviseksi kerrokseksi , varauksenkuljettajat toisesta kerroksesta - vastaavasti passiivisesti - kokevat mukana kulkeutumisen . Tällöin aktiivisen kerroksen kantajien liikemäärä ja energia voidaan siirtää passiivikerrokseen ja luoda virtaa, kun piiri on kiinni, tai jännitteen, joka estää virran kulkemisen, kun piiri on auki. Tämä johtaa erityisesti ylimääräiseen sähkövastukseen aktiivisessa kerroksessa kitkan vuoksi [1] . Tällöin Coulombin vastus voi antaa tietoa elektroni-elektroni-vuorovaikutuksen yksityiskohdista puolijohteen eri kerroksissa.

Kerrosten välisen vuorovaikutuksen kuvaamiseksi otetaan käyttöön seuraava ominaisuus ( vastusvastus )

R_{D}=-{\frac {V_{2}}{I_{1}}}

missä V 2 on passiivikerroksessa mitattu jännite, I 1 on aktiivisen kerroksen virta.

Fenomenologinen malli

Pogrebinsky tarkasteli kahden johtavan kerroksen vuorovaikutusta Drude-mallissa [3] .

{\frac {d{\textbf {v}}_{1}}{dt}}={\frac {e}{m_{1}}}{\textbf {E}}_{1}+ {\frac {e}{m_{1}}}[{\textbf {v}}_{1}\times {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{1 }}{\tau _{1}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{1}-{\textbf {v}}_{2}}{\tau _{D}}}

{\frac {d{\textbf {v}}_{2}}{dt}}={\frac {e}{m_{2}}}{\textbf {E}}_{2}+ {\frac {e}{m_{2}}}[{\textbf {v}}_{2}\times {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{2 }}{\tau _{2}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{2}-{\textbf {v}}_{1}}{\tau _{D}}}

missä e on elektronin varaus, v i , m i , E i , τ i ovat kerroksen i hiukkasten ryömintänopeus, tehollinen massa, sähkökenttä, liikemäärän relaksaatioaika. Ensimmäinen termi kuvaa Coulombin voimaa, toinen kuvaa Lorentzin voimaa, kolmas kuvaa vaimennusta ja viimeinen vastaa kerrosten välisestä vuorovaikutuksesta vastaavan vetoajan τ D kanssa . Pienellä kerrosten välisellä vuorovaikutuksella, kun τ D >>τ i , kuljetus on täysin riippumaton kahdessa kerroksessa ja Druden teoria antaa tavanomaiset lausekkeet resistanssitensorille (katso magnetoresistanssi ). Toisessa voimakkaan vuorovaikutuksen tai ihanteellisten johtimien rajoittavassa tapauksessa, kun τ D <<τ i , vastustensorin määrää kerrosten välinen vuorovaikutus ja syntyy ideaalisen vastuksen tilanne . Välitapauksessa on otettava käyttöön tavallinen tensori , jossa indeksit i, j viittaavat eri johtaviin kerroksiin ja kreikkalaiset indeksit α, β määrittävät tilakomponentit. Sitten resistanssitensorin komponenteille [3] ${\displaystyle \rho _{\alpha \beta }^{(ij)))$

{\displaystyle \rho _{xx}^{(12)}=-{\frac {m_{2}}{e^{2}n_{1}\tau _{D))))

\rho _{xx}^{(11)}={\frac {m_{1}}{e^{2}n_{1}}}\left({\frac {1}{\tau _ {1}}}+{\frac {1}{\tau _{D}}}\oikea)

{\displaystyle \rho _{yx}^{(11)}={\frac {B}{en_{1))))

Huomaa, että Hall-vastusta ei ole olemassa ja vain resistanssitensorin pituussuuntainen komponentti vaikuttaa Coulombin vastukseen, eikä se tässä mallissa riipu magneettikentästä.

Linkit

↑ 1 2 Narozhny, 2016 , s. 2.
↑ Pogrebinskii, MB Kantoaaltojen keskinäinen vastus puolijohde-eriste-puolijohdejärjestelmässä // Sov . Phys. Semicond.. - 1977. - Voi. 11 . - s. 372 .
↑ 1 2 Narozhny, 2016 , s. neljä.

Kirjallisuus

BN Narozhny, A. Levchenko. Coulomb drag (englanniksi) // Rev. Mod. Phys.. - 2016. - Vol. 88 . — P. 025003 . - doi : 10.1103/RevModPhys.88.025003 .