Введение к работе
Актуальность. Исследование физических свойств низкоразмерных электронных систем составляет важное, быстро развивающееся направление современной физики твердого тела. За последние два десятилетия они привели к значительному успеху - объяснению, предсказанию и обнаружению большого числа тонких кинетических и термодинамических эффектов таких, например, как абсолютная локализация в эдномерных и слабая локализация в двумерных неупорядоченных системах, мезоскопическое поведение металлических образцов конечных размеров и.т.д. В основе всех этих явлений лежит волновая природа электронов проводимости, приводящая к возникновению интерференци-энных эффектов, которые, в свою очередь, наиболее ярко проявляются в системах с пониженной размерностью.
К настоящему времени сформировались два основных направления. Одно из них составляет изучение сильно неупорядоченных низкоразмерных металлических структур, низкотемпературные свойства которых, определяются интерференцией квазиклассических электронных волн, рассеянных хаотически расположенными статическими дефектами. К другому направлению, наоборот,относятся исследования квантовых іштерфзренционннх- явлений в чистых металлах. Такие явления возникают в условиях когерентного магнитного пробоя и многоканального зеркального отражения электронов от поверхности металла и обусловлены интерференцией квазиклассических волн, рассеянных на центрах магнитного пробоя или границе образца. К ним также можно отнести квантовые явления возникающие при баллистическом транспорте через точечный микроконтакт, который можно трактовать как нульмерную квантовую систему.
Наиболее ярким проявлением квантовых интерференционных процессов в низкоразмерных системах являются квантовые локализационные эффекты и сильные нелинейные явления, обусловленные аномальной чувсвительностыо интерференционной картины к слабым внешним возмущениям. Изучение этих явлений в чистых низкоразмерных электронных системах является новым актуальным направлением в квантовой теории твердого тела.
Целью работы являлось теоретическое изучение динамики и кинетики электронов в чистых низкоразмерных системах при внешних воздействиях, оказывающих существенное влияние на квантовые интерференционные процессы.
Основной акцент сделан на решении следующих задач:_
I.Исследовать явление квантовой локализации электронов проводимости в квазислучайных магнитопроОойных системах, возникающее при нарушении трансляционной симметрии, обусловленном слабыми регулярными внешними возмущениями.
2.Изучить нелинейные явления, обусловленные интерференционной природой электронного закона дисперсии при когерентном магнитном пробое и многоканальном зеркальном отражении.
3.Исследовать влияние эффекта квантовой автолокализации узкозонных электронов за счет дальнодействующего кулоновского взаимодействия на сверпроводящие свойства слоистой sd-системы.
4.Изучить влияние переменных внешних полей на электронный транспорт через двумерные квантовые точечные микроконтакты.
Научная новизна работы состоит в совокупности исследований и результатов, представленных в диссертации впервые:
I.Предложен и изучен принципиально новый класс квазислучайных систем, в которых все электронные состояния локализованы за счет квантовых интерференционных процессов.
2.Впервые предложена и исследована точно решаемая модель физической квазипериодической системы.
3.Впервые построена последовательная теория динамики и кинетики электронов в неоднородных локально периодических магнитопро-бойных системах.
4.Впервые получено универсальное выражение для энергии поглощаемой электронной системой в поле движущегося локализованного возмущения.
5.Впервые исследован сверпроводящий переход в слоистой^ ad-системе, обусловленный квантовой автолокализацией d-электронов.
6.Впервые построена теория фотопроводимости .двумерных квантовых баллистических микроконтактов.
7.Предложен принципиально новый класс мезоскопических систем, в которых интерференционные процессы обуславливаются неупругим электронным рассеянием.
На защиту выносятся следующие научные полокения:
I.Показано, что когерентный магнитный пробой в металлах приводит к возникновении пршщипиалыю нового класса квазислучайных систем, в которых все одночастичные электронные состояния локализованы за счет квантовых интерференционных процессов.
2.Предложена и изучена точно решаемая модель одномерной ква-КБвзипериодичвской КШ-систеш. Установлено, что ее проводимость экспоненциально стренится к нули при уменьпекии частоты электри-электрического поля.
. 3.Построена теория динамики и кинетики электронов в неоднородных локально периодических одномерных МП-системах.
4.Изучено поглощение звука в неоднородных одномерных 'ЛІ-СИС-томах, возникающих ігри малом, отклонении магнитного поля от плоскости симметрии. Установлено, что в случаэ как когерентного так и стохастического магнитного пробоя, коэффициент поглощения ано-аномально чувевитедэн к изменению угла наклона магнитного поля.
5.Показано, что квантовые интерференционные явления, обусловленные многоканальным зеркальным отражением электронов от поверхности металлической пластины, во внешнем магнитном поле при определенных условиях приводят к возникновению падающего участка на вольт-амперной характеристике.
6.Получено универсальное выражение для скорости изменения энергии электронной системы в поле двигавшегося с постоянной скоростью локального потенциала возмущения. Показано, что яяогока-канальное рассеяние ЮЛІ электронов на потенциальном возмущении, создаваемом импульсным звуком приводит к логарифмическому возрастанию коэффициента затухания звука при малых амплитудах.
7.Изучены особенности спектра возбуждений автолокализованной неупорядоченной электронной фазы - Еигнеровского стекла и связанный с ними сверпроводящий .переход в слоистой sd-системэ.
8.Построена теория фотопроводимости двумерных баллистических квантовых микроконтактов.
9.Установлено, что мегмодовые электронные переходы, индуцируемые в узких неоднородных 2D каналах переменным внешним полем, происходят в пространственно локализованных областях. Показано, что данное обстоятельство приводит к возникновению принципиально нового класса мезоскопических систем, интерференционные явления
в которых обусловлены неупругим рассеянием электронов. 10.Установлено, что интерференционные явления, обусловленные нормальным отражением электронов от SmS границы, обуславливают возникновение гигантских осцилляции -критического тока в точечных SSmS-контактах.
Практическое значение работы определяется тем, что исследования , проведенные в ней закладывают основы теории принципиально новых физических явлений, которые могут быть использованы для создания электронных устройств нового поколения. Это связано с тем, что квантовые интерференционные процессы, определящив динамику электрона в чистых низкоразмерных системах, аномально чувствительны к слабым возмущениям. В результате возникает уникальная возможность эффективного управления сильным электрическим, током за счет относительно небольших внешних воздействий.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов работы обеспечиваются высоким методическим уровнем теоретического исследования, использованием современного математического аппарата, а также сравнением полученных теоретических результатов с експериментальними данными.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации представлялись и обсуждались на Всесоюзных совещаниях по физике низких температур (Кишенев, 1982 г.; Тбилиси, 1986 г.; Донецк, 1990 г.; Казань, 1992 г.); на Всесоюзных семинарах по низкотемпературной физике металлов (Донецк, 1981 г.,1983 г.); на Всесоюзной школе по электронным свойствам металлов (Иваново, 1982 г.); на Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости (Харьков, 1988 г.); 2-ом Всесоюзном симпозиуме "Неоднородные электронные состояния" (Новосибирск, 1987 г.); а также на XVIII международной конференции по физике низких температур (LT-XVIII, Kyoto, 1987); IX Общей конференции Европейского физического общества (EPS9, Firenze,' 1993) и XIII Общей Еврофизической конференции (G0CMD-13, Regenaburg, 1993).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 18 публикациях.
Структура и объем работы. Дисссертация состоит из введения, 5 глав, 8 приложений, заключения и списка цитируемой литературы из 79 наименований.Объем диссертации 269 страниц,включая 13 рисунков
