Нелинейные эффекты в образцах квазиодномерного проводника TaS3 малых размеров Бородин Дмитрий Владиленович

Введение к работе

Актуальность темы. Квазиодномерные^:проводники представляют собой новый класс материалов твердотельной электроники, интерес к которым и актуальность их исследования определяются с одной стороны их необычными физическими свойствами, не имеющими аналогов в ранее известных материалах, ас другой стороны перспективностью их использования в электронной технике..

Квазиодномерные матералы состоят из слабо связанных между собой нитей, проводимость вдоль которых обычно близка к металлической, а поперечная проводимость на порядки меньше, т.е. эти материалы обладают, сильной анизотропией. Однако наибольший интерес к квазиодномершш проводникам* обусловлен происходящим в них яра занижении температуры связанным электронно-структурным (пай-* ервеовским) переходом, в результате которого образуется сверх-* решета, на уровне Ферми появляется щель, а движение большинстве электронов коллективизируется, т.е. они образуют конденсированное состояние. Основному состоянию сконденсированных электронов отвечает волна зарядовой плотности (ВЗП). Наличие щели и терми»* чески возбужденных через нее электронов» определящих проводимось в слабых полях, делает эти вещества похожими на полупроводники. Наличие конденсата делает квазиодномерные проводники похожими на сверхпроводники. Однако имеетея и ряд отличий. Так наблюдаемые в йвазиодномерных материалах явления в значительной степени- обусловлены не одночаетичяши процессами, как в металлах и полупроводниках, а свойствами коллективизированных g ВЗП элек- тронов» ВЗП в реальных кристаллах, как правило, закреплена на примесях и дефектах Спиннинге для ее движения необходимо приложение внешнего поля, большего некоторого порогового Г.ОЛЯ ^:i Е^, . В результате проводимость реальных квазиодномерных кристаллов конечна, и этим они отличаются от сверхпроводников.

ВЗП обладает и присущими только ей свойствами - в ней могут возникать нелинейные возбуждения, соответствующие изменениям амплитуды или фазы ВЗП. Эти возбуждения представляют собой амплитудные и фазовые солнтоны, обладающие зарядом и спином. Таким образом», квазиодномерные материалы с волной зарядовой плотности -отдельный класс материалов, с одной стороны обладающий присущими только ему специфическими свойствами, ас другой - некоторыми свойствами характерными для полупроводников, металлов и сверх» проводников.

jj реальных кристаллах из-за взаимодействия с примесями и дефектами кристаллической решетки ЗЗП не когерентна на протяжении всего образца, а разбивается на области (домены), в пределах которых когерентность сохраняется. Обычно исследуемые образцы с размерами I ш * 10 мкм * 10 тем содержат ~Ю⁶ различных доменов. В силу случайного характера распределения примесей и дефектов, свойства доменов и, в частности, их пороговые поля несколько отличаются друг от друга. Зто приводит, например, к несинхронному началу движения ЗЗП е доменах. Тем самым, зависимости,наблюдаемые в таких образцах, являются усредненными по большому числу различных доменов.

Целью работы явилось систематическое исследование эффектов, возникавших при уменьшении размеров образца до величины порядка размеров домена, когда можно ожидать наиболее существенного проявления свойств когерентной ЗЗП.

Научная новизна определяется следующими результатами, полученными впервые.

1. Разработан способ и получены образцы квазиодномерного проводника Та,S₃ рекордно малых размеров (сечением до 0,005 мкм^, длиной до 5 мки) и омические контакты к ним, что сделало возможным проведение цикла исследований электрофизических параметров этих микроскопических образцов и. выявление особенностей нелинейных эффектов в них.

2. В образцах Та $₃ малых -размеров (сечениемі 0,1-1 Ы5в/г, длиной 100 мкм) , находящихся в пайэрлсовском состоянии наблюдаются: безгиетерезисше состояния на температуркой зависимости сопротивления и скачкообразные переходы между этими состояниями; скачкообразная структура на зависимости дифференциального сопротивления от тока в полях, меньших порогового; на вольт-амперной характеристике участок отрицательного дифференциального сопротивления; уменьшение числа линий уэкопояослой генерации и их ширины. Совокупность этих эффектов свидетельствует об увеличении степени когерентности ВЗП по объему этих образцов, содержащих малое чисто доменов.

3. В образцах "ЇЬ-Sj сечением 4 0,01 ми/ наблюдается:уменьшение температуры трехмерного упорядочения и крутизны пайерлсовского перехода; увеличение порогового поля; исчезновение узкополосной генерация. Это указывает на то, что при переходе к ультратонким образцам когерентность ВЗП по их объему начинает разрушаться.

Практическая значимость. Ранее была продемонстрирована принципиальная возможность использования квазиодномерных проводников в качестве, например, миниатюрных датчиков температуры, чувствительных болометров, тензометров, смесителей сигналов, уст-ройств памяти с записью и считыванием информации оптическим или электрическим способом.

В данной работе наш достигнуты условия, когда ряд свойств ВЗП, имеющих практическую значимость, проявляется наиболее четко. Так,нам удалось реализовать в образцах малых размеров наиболее сильную нелкдайкоегь в То. $_ь (обнаружено отрицательное дифференциальное сопротивление), выявить многоуровневую стабильность и сіистабильность, получить рекордно узкую для Та5₅ линию генерации, соответствующую добротности 10³. Эти обнаруженные нами, эффекты позволяют расширить область -возможного использования квазиодномерных материалов, а также улучшить некоторые параметры уже предложенных устройств на основе квазиодномерных проводников.

АВВабаИЙ работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на 30 и 31 научных конференциях ШТИ (1984. и 1985.гг.), на 24 Всесоюзном совещании по физике низких температур (Тбилиси, 1986), на Рабочем совещании по физике квазиодномерных неорганических проводников (Москва, 1986), на Международной конференции по физике и химии квазиодномерных проводников (Япония, 1986)< По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объемлаботы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Объем диссертации составляет 109 страниц, включая 33 рисунка, I таблицу и список литературы из 70 наименований.