Введение к работе
Актуальность темы. Низкоразмерные проводники представляют собой реальные трехмерные объекты, отличающиеся сильной анизотропией электропроводности. Так, в .квазиодномерных проводниках существует одно хорошо проводящее направление, в 'квазидвумерных проводниках имеются хорошо проводящие плоскости, электронные характеристики которых отличны от характеристик в поперечном направлении.
Экспериментальное исследование низкоразмерных проводников показало, что при понижении температуры они испытывают фазовый переход металл—диэлектрик.
Рассматривают три основные причины перехода в диэлектрическое состояние: переход Мотта — Хаббарда за счет ку-лоновского отталкивания; переход за счет андерсоновской локализации; возникновение щели за счет периодического искажения кристаллической решетки с волновым вектором,
равным удвоенному волновому вектору Ферми (q = 2Kp) — — переход Пайерлса [1]. Наибольший интерес представляют низкоразмерные проводники с пайерлсовским переходом, с образованием волны зарядовой плотности (ВЗП). Коллективное движение ВЗП приводит к проявлению специфических кинетических явлений, не свойственных трехмерным объектам. Основными явлениями, наблюдаемыми в системах с ВЗП, являются:
нелинейность статической вольт-амперной характеристики (ВАХ);
дисперсия электропроводности в широком частотном диапазоне, включая СВЧ;
генерация узкополосного периодического шума".
СВЧ диапазон занимает промежуточное положение между радиочастотным, где еще не проявляются инерционные свойства системы с ВЗП, и оптическим диапазоном, где существенную роль играет величина кванта электромагнитного излучения. Именно в СВЧ диапазоне, где частоты уже достаточно велики, а величина кванта ничтожно мала, система с ВЗП
особенно чувствительна к внешнему электромагнитному воздействию. Это обстоятельство предсказывает возможность получения динамического отклика на слабое СВЧ излучение. Существенным обстоятельством является то, что экспериментальные результаты исследований линейной и нелинейной электропроводности, полученные в СВЧ диапазоне, могут быть непосредственно использованы в практических целях для разработки новых элементов радиоэлектронных устройств с расширенными функциональными возможностями. Экспериментальная техника в СВЧ диапазоне представляет уникальные возможности. Это связано, прежде всего, с бесконтактными .методами измерения электропроводности. Однако, на фоне других исследований, чрезвычайно мало работ по исследованию СВЧ электропроводности, особенно для органических низкоразмерных проводников.
Целью настоящей работы являются комплексное экспериментальное исследование электропроводности некоторых органических низкоразмерных проводников в диапазоне СВЧ и выяснение природы фазового перехода металл—диэлектрик.
Объектами исследования в работе являются квазидвумерные органические проводники: (BEDT-TTF)2PF6, (BEDT-TTF)4Hg3le, квазиоднрмерный органический проводник (DBTTF)2,67SnCl6. Кристаллы синтезированы в институте химической физики АН СССР (Черноголовка) Любовской. Р. Н. Квазиодномерный неорганический проводник TaS3 синтезирован в ИРЭ АН СССР Латышевым Ю. И.
Основные методы исследования. Для проведення экспериментальных исследований разработаны методики: измерения СВЧ электропроводности и диэлектрической проницаемости образцов в широком интервале температур, исследования динамического отклика на СВЧ излучение в режиме прямого детектирования, исследования нелинейной электропроводности.
Научная новизна и основные защищаемые положения. В работе впервые получены температурные зависимости СВЧ электропроводности и диэлектрической проницаемости органических низкоразмерных проводников (BEDT-TTF)2PF6; (BEDT-TTF)4Hg3I8; и (DBTTF)2,67SnCl6 на частоте 36,5 ГГц. Для образцов (BEDT-TTF)2PF6, (BEDT-TTF)4Hg3I8 получен болометрический отклик на СВЧ излучение. Для этих же материалов исследованы ВАХ как на постоянном токе, так и в импульсном режиме. Проведена оценка погрешностей нзме-
рения комплексной СВЧ электропроводности для -метода возмущений объемного резонатора и мостового метода. Определены области применимости этих методов. В результате проведенных исследований получены новые научные результаты, позволяющие сформулировать научные положения.
-
Метод возмущений объемного резонатора и мостовой метод позволяют проводить измерения СВЧ электропроводности и диэлектрической проницаемости низкоразмерных проводников в широком интервале изменения их значений (с« ~10~3—104 Ом-1-см-1, єл;1 — 106) при типичных для низкоразмерных проводников размерах и форме; тонкие стержни длиной 1—2 мм с толщиной 5—50 мкм и тонкие пластины площадью 1—5 мм2 и толщиной 10—100 мкм. В частотной области 10—60 ГГц предпочтительным 'является метод возмущений объемного резонатора, вне этой области следует использовать мостовой метод с применением полосКовых линий (f < 10 ГГц) и волноводов (f>60 ГГц).
-
В квазидвумерном органическом проводнике (BEDT-TTF)2PFe ниже температуры фазового перехода металл—диэлектрик пе проявляются эффекты, связанные с коллективным движением ВЗП, и переход в диэлектрическое состояние обусловлен сильным кулоновскнм взаимодействием и образованием щели хаббардовского типа.
-
Квазидвумерный органический проводник (BEDT-TTF)4Hg3l8 характеризуется совокупностью кинетических свойств, которые не поддаются однозначной трактовке. Имеются проявления, характерные как для диэлектриков мотт-хаббардовского типа, так и для диэлектриков пайерлсовского типа.
-
Квазиодномерный органический проводник (DBTTF)2,67 SnCle при понижении температуры испытывает пайерлсовский фазовый переход металл—диэлектрик с образованием ВЗП.
Практическая значимость. Разработка экспериментальных методик исследования электропроводности пизкоразмерных проводников в СВЧ диапазоне и оценка пределов применимости различных методов позволяют производить экспериментальные исследования динамической электропроводности низкоразмерных проводников в широком интервале температур. Разработаны рекомендации по практическому применению полученных результатов в радиоэлектронике.
Апробация работы. Результаты данной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании по органи-
ческим полупроводникам (1984 г., Агверан), на Всесоюзной конференции по электронике СВЧ (1986 г., Орджоникидзе), на научном семинаре по перспективным элементам СВЧ (1991г., г. Ленинград), на международной конференции «Органические материалы для электроники и приборостроения» (1987г., г. Ташкент), на II Всесоюзном симпозиуме «Неоднородные электронные состояния» (1987г., г. Новосибирск), на Всесоюзной конференции по интегральной электронике СВЧ (1988г., г. Красноярск), на V национальном симпозиуме по телекоммуникации с международным участием (1989 г., г. Быдгощ, ПНР), на II советско-польском семинаре «Высоко-проводящие органические материалы для молекулярной электроники» (1990г., г. Черноголовка, СССР), на XX европейской конференции по СВЧ технике (1990 г., г. Будапешт, Венгрия).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введе
ния, четырех глав, заключения и приложения. Список литера
туры включает 130 наименований, в том числе и работы ав
тора. Основная часть работы изложена на 102 страницах ма
шинописного текста. Диссертация содержит 73 рисунка
и 8 таблиц. v
