Введение к работе
Актуальность темы. Появление в начале 70-х годов особо чистых массивных монокристаллов полуметаллов и исследование их кинетических свойств позволило выделить такие материалы в особый класс физических систем. Главной особенностью кинетики в сверхчистых совершенных монокристаллах многодолинных материалов является то обстоятельство, что время междолинного рассеяния в области низких температур значительно превосходит время релаксации по импульсу в каждой из долин, а соответствующие длины пробега могут достигать макроскопических величин. Как следствие этого обстоятельства влияние поверхности на кинетические коэффициенты является весьма существенным в образцах с характерной величиной поперечного сечения порядка сантиметра.
. Принципиальный интерес в связи с этим представляет исследование термоэлектрических и термомагнитных свойств совершенных кристаллов полуметаллов в области фононного увлечения. Этот интерес обусловлен тем обстоятельством, что вследствие точного равенства концентраций электронов, и дырок, эффект фононного увлечения не может проявиться, если рассеяние происходит только внутри электрон-фононной системы. Однако исследования явлений переноса в данных материалах показывают, что с увеличением -чистоты и степени . совершенства их термоэлектрические и термомагнитные коэффициенты в области' гелиевых температур определяются в основном эффектом фононного-увлечения носителей, о чем свидетельствует их экспоненциальное
возрастание с понижением температуры и аномально большие абсолютные значения в массивных образцах, по сравнению с теми, которые наблюдались в дефектных кристаллах.-
Отличный от нуля вклад фононного увлечения в совершенных кристаллах полуметаллов может быть получен лишь при наличии дополнительного (нефононного) механизма рассеяния носителей. Для сверхчистых материалов роль такого механизма играет поверхность образца. Наличие нескольких длин пробега носителей относительно различного характера рассеяния (внутридолинное и мевдолинное) приводит к сложной картине размерных эффектов, которая требует специального рассмотрения.
Такое рассмотрение тем более актуально, поскольку рекордная термомагнитная добротность типичного представителя полуметаллов -висмута, позволяет надеяться на высокоэффективное их применение для целей преобразования тепловой анергии в .электрическую и создание устройств глубокого охлаждения.
Другим аспектом работы, тесно связанным с физикой преобразования энергии, является изучение влияния размеров рабочего тела на выходные характеристики.преобразователей.
Целью диссертации является: , - Разработка последовательной теории гальвано и термомагнитных свойств чистых массивных монокристаллов полуметаллов в условиях электрон - фононного увлечения с учетом междолинного перераспределения носителей при анизотропном размерном эффекте в классических и квантующих магнитных полях.
- Разработка методов определения кинетических, параметров
многодолшшых материалов.
- Разработка динамической теории диффузионного преобразователя
сверхмалых расходов электролита.
Научная новизна работы. Впервые разработана последовательная теория гальвано и термомагнитных свойств чистых массивных монокристаллов полуметаллов в условиях анизотропного-, размерного эффекта. Показано, что возникновение неравновесных концентраций носителей вблизи поверхности существенно влияет на температурные, размерные и полевые зависимости объемных кинетических коэффициентов чистых массивных монокристаллов многодолинных материалов при низких температурах. Предложены новые способы определения длин- пробега носителей относительно внутридолинного и междолинного рассеяния, а также длины рекомбинации. Впервые учтено влияние междолинного перераспределения.носителей на явления переноса в квантующих магнитных полях. Теоретически предсказан и изучен^ новый тип осцилляциошшх зависимостей кинетических коэффициентов, связанный с особенностями поведения диффузионной длины в магнитном поле. Исследовано влияние поверхностного междолинного рассеяния (ПМР) на явления переноса. Предсказаны осцилляции кинетических коэффициентов, обусловленные ПМР. Разработана динамическая теория диффузионного преобразователя сверхмалых расходов электролита,-позволяющая получить выражения для АЧХ, граничной частоты и амплитуды второй гармоники ДП.
Практическая ценность работы. С практической точки зрения работа ценна тем, что она раскрывает возможности более детального исследования кинетических явлений в чистых совершенных монокристаллах анизотропных многодолинных материалов. Предложены способы определения длины свободного пробега носителей и диффузионных длин', а с их помощью вероятностей междолинного рассеяния. Проведен численный расчет продольной магнитотермоэдс фононного увлечения висмута, пригодный для оптимизации и совершенствования преобразователей тепловой энергии в электрическую и создания устройств глубокого охлаждения.
Разработаны метода расчета электрокинетического преобразователя сверхмалых расходов электролита и получены выражения пригодные для оптимизации его выходных характеристик.
На защиту выносятся следующий основные положения:
-
Классический размерный эффект в проводимости в продольном Магнитном поле для изотропного материала проявляется как изменение знака эффекта магнитосопротивления,.
-
Квадратичная зависимость термоэдс увлечения полуметаллов от поперечных размеров образца обусловлеша анизотропным размерным эффектом.
-
Изменение знака продольной магнитотермоэдс увлечения происходит при выравнивании вкладов импульсной и концентрационной рас-компенсаций.
-
Резкое изменение наклона температурной ветви термоэдс увлечения при увеличении диаметра образца или продольного магнитного поля обусловленно анизотропным размерным эффектом.
-
Новый тип осцилляционных зависимостей кинетических коэффициентов совершешшх кристаллов многодолинных материалов при низких температурах связан с особенностями диффузионной длины.
-
Гигантский характер осцилляции в поперечном магнитосопротив-лении и в продольной термоэдс фононного увлечения компенсированных материалов.
-
Зависимость характера осцилляции от темпа поверхностного меж-долинного рассеяния.
-
Асимметрия электродной системы приводит к возникновению второй гармоники тока в выходном сигнале.
9.Выражения для АЧХ ДП во всей области частот входного сигнала; граничная частота ДП и ее зависимость от амплитуда сигнала.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научно - технической конференции "Перспективы научно-технического и экономического развития мТО КВАНТЗМП" (Москва. 1990), на ххіх Совещании по физике низких температур (Казань. 1992), на конференциях молодых ученых МФТИ (Москва.1989,1990), а также на семинарах отдела теории полупроводников ИП АН Украины.
Публикации. По материалам, вошедшим в диссертацию опубликовано 5 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав (первая глава носит обзорный характер) и
основных результатов. Объем диссертации составляет 148 страниц, включая 14 рисунков и список литературы из 122 наименований.
