Квантовый транспорт в тонких сверхпроводящих пленках PtSi и мезоскопических гибридных системах на их основе

• Автор: Батурина, Татьяна Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 176 с. : ил

Содержание
Введение
1 Квантовый транспорт в сверхпроводящих
плёнках и гибридных ЭКЭ системах
1.1 Основные положения теории квантовых
поправок к проводимости неупорядоченных систем
1.1.1 Интерференционная поправка к проводимости невзаимодействующего двумерного электронного газа (слабая локализация)
1.1.2 Эффекты электрон-электронного взаимодействия
1.2 О подавлении температуры сверхпроводящего
перехода в неупорядоченных сверхпроводниках
1.3 Эффект близости и андреевское отражение
1.3.1 Сопротивление N8 и переходов
- баллистический случай (модели ВТК и ОТВК)
1.3.2 Свойства диффузионных N8 и переходов
2 Моносилидид платины (Обзор)
2.1 Структурные параметры и электронные свойства моносилицида платины
2.2 Технологические принципы формирования плёнок Р
2.3 Исследования низкотемпературных свойств плёнок РЦБ!
3 Методика эксперимента
3.1 Изготовление образцов
3.1.1 Плёнки РЦв!
3.1.2 Фотолитография
3.1.3 Электроннолучевая литография
3.1.4 Образцы для измерений
3.2 Методика измерений
4 Макроскопические когерентные явления
в сверхпроводящих плёнках Р181
4.1 Транспортные и критические параметры плёнок
4.1.1 Резистивный сверхпроводящий переход
4.1.2 Верхнее критическое поле
4.2 Эффекты локализации и взаимодействия
4.2.1 Аномальное магнитосопротивление
и поправка Маки-Томпсона
4.2.2 Температурная зависимость сопротивления и
флуктуационная проводимость

4.3 Критическое поведение вблизи Тс
5 Квантовый транспорт в гибридных системах
на основе плёнок Рйв!
5.1 Одиночные ЭИв переходы
5.1.1 Экспериментальные результаты
5.1.2 Обсуждение экспериментальных результатов
5.2 Двумерные решётки ЯКЭ переходов
5.3 Одномерные цепочки переходов
Заключение
Список литературы

Введение

Изучение квантового транспорта в тонких металлических пленках и наноструктурах на их основе (проволоки, интерферометры и т.п.) вот уже более пятнадцати лет играет важную роль в современной физике квантовых эффектов в твердотельных системах. Данные структуры являются одними из основных экспериментальных объектов для проверки предсказаний теории квантового транспорта в неупорядоченных металлах. Именно в экспериментах с тонкими металлическими плёнками впервые наблюдались такие явления как логарифмическая температурная зависимость проводимости и аномальное магнито-сопротивление [1]. Эти эффекты нашли объяснение в рамках теории интерференционных явлений в неупорядоченных металлах. Кроме того, данная теория содержит интересные предсказания, относящиеся к поведению этих явлений вблизи сверхпроводящего перехода. В работе [2] была показана определяющая роль рассеяния на сверхпроводящих флуктуациях (поправка Маки-Томпсона) в поведении квантовых интерференционных поправок к проводимости двумерного сверхпроводника при температуре выше критической температуры сверхпроводящего перехода (Т > Тс). Экспериментальному изучению этих поправок посвящен ряд работ, в которых исследовались сверхпроводящие пленки А1, N6, Бп и СоБ12 [3-5]. Следует отметить, что во всех этих работах рассеяние па сверхпроводящих флуктуациях изучалось вдали от сверхпроводящего перехода, тогда как в непосредственной близости к Тс теория [6] предсказывает нетривиальное поведение квантовых систем, в частности, насыщение аномального магнитосопротивления, связанного с поправкой Маки-Томпсона. Очень привлекательным объектом для изучения квантовых интерференционных эффектов являются сверхпроводящие пленки силицидов металлов, главным образом, благодаря достижениям современной технологии выращивания этих пленок, позволяющим получать их очень тонкими (менее 10 нм), однородными и высокого качества. Интерес к квантовому транспорту в тонких плёнках силицидов переходных металлов вызван также рядом характерных свойств, присущих этим соединениям: дырочный тип проводимости, сильное спин-орбитальное рассеяние и низкие температуры (менее 1 К) сверхпроводящего перехода.
Если исследования квантовых интерференционных эффектов в тонких металлических пленках имеют уже немалую историю, то работы по изучению этих эффектов в мезоскопических гибридных системах, созданных на основе перехода нормальный металл (Ы) - сверхпроводник (в), появились совсем недавно и привели к возникновению одного из интереснейших направлений в современной физике конденсированного состояния, связанного с изучением влияния андреевского отражения [7] и эффектов близости на квантовый транспорт. Немалую роль в этом сыграли не только достижения нанотехнологии, но и пионерские работы теоретиков российской школы [8,9]. К настоящему времени при исследовании этих систем обнаружен целый ряд новых квантовых эффектов: гигантские осцилляции Ааронова-Бома [10]; субгармоники многократного андреевского отражения [11-13]; осцилляции сопротивления, вызванные изменением разности фаз параметров порядка двух

сверхпроводник, становится сверхпроводящей. Эти явления были обнаружены на опыте и получили название эффекта близости.
Теоретическое рассмотрение эффекта близости восходит к работе Р. в. с!е Сеппез [68] (1964 г.). Оно основывается на решении уравнения Гинзбурга-Ландау на N8 границе и справедливо только вблизи Тс. В этом подходе рассматривается пространственная зависимость корреляционной функции для электронных пар
г( г) = <адад>.
Г является амплитудой вероятности найти два электрона в конденсате в точке г. Пространственное изменение корреляционной функции определяет пространственное изменение параметра порядка.
Рис. 6: Параметр порядка А(х) вблизи границы между сверхпроводником и нормальным металлом.
Весьма упрощённая картина эффекта близости выглядит следующим образом. Купе-ровские пары проникают из сверхпроводника (Б) в нормальный металл (14). Это приводит к тому, что слой нормального металла толщиной вблизи Ш границы становится сверхпроводящим. То есть на длине когерентности £га в нормальном металле параметр порядка имеет конечное значение (рис. 6). При темперетуре вблизи Тс в «чистом» нормальном металле, т.е. когда длина свободного пробега электрона 1п длина когерентности равна
Нурп 1Г7£

В «грязном» нормальном металле (1п -С £«)

■ <76>
Отметим, что последнее выражение совпадает с длиной 1т, являющейся характерным масштабом для квантовых поправок, возникающих за счёт электрон-электронного взаимодействия. Проникновение куперовских пар из Я в N приводит не только возникновению параметра порядка в нормальной области, но и к уменьшению плотности куперовских пар в Э, т.е. к уменьшению Д в сверхпроводнике вблизи N8 границы. Изменение Д от