Теоретическое исследование автоэлектронной эмиссии из сверхпроводящих материалов

• Автор: Уйманов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.02, 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 154 с.

Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние теории автоэлектронной эмиссии из

сверхпроводников

1.1 Описание автоэлектронной эмиссии на основе мегода туннельного гамильтониана

1.2 Автоэлектрон нал спектроскопия металлических БКШ сверхпроводников

1.3 Исследование сильноточной автоэлсктрониой эмиссии из сверхпроводников

1.4 Предпосылки создания теории автоэлсктрониой эмиссии

из высокотемпературных сверхпроводников

1.5 Выводы по вводной главе и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. Основные эмиссионные характеристики БКШ сверхпроводников

2.1 Основные автоэмиссионные характеристики БКШ сверхпроводников

в неравновесном состоянии
2.2 Токовые методы эмиссионных исследований сверхпроводников
2.2.1 Плотность тока автоэлектрон ной эмиссии в
сверхпроводящем состоянии
2.2.2 Экспериментальные методы и интерпретация полученных результатов
2.3 Выводы
ГЛАВА 3. Самосогласованное описание авгоэлектроиной эмиссии из ЬКШ
сверхпроводников с учетом неравновесных явлений
3.1 Механизмы, определяющие критическую плотность тока автоэлектронной эмиссии из БКШ сверхпроводников
3.2 Влияние внешних полей на сверхпроводящие свойства эмиттера .
3.2.1 Экранировка внешнего электрического поля
3.2.2 Критический ток сверхпроводящего эмиттера, обусловленный влиянием собственного магнитного поля
3.3 Исследование неравновесных стационарных состояний БКШ сверхпроводников в процессе автоэлектронной эмиссии
3.3.1 Выбор физической модели и геометрии задачи
3.3.2 Основные уравнения и соотношения
3.3.3 Граничные условия. Эмиссионный источник неравновесности
3.3.4 Модель с фононным термостатом
3.3.5 Диффузионная модель
3.4 Общие замечания
3.5 Основные выводы
ГЛАВА 4. Авт электронная эмиссия из меднооксидных высокотемпературных сверхпроводников типа УВа2Сиз
4.1 Применимость теории Фаулера Нордгсйма к описанию автоэлектронной эмиссии из УВа2Сиз
4.2 Основные особенности электронного строения меднооксидных ВТСГ1
4.2.1 Зонная структура и поверхность Ферми
4.2.2 Модельное представление электронной структуры ВТСП
4.3 Экранировка внешнего электрического поля и загиб энергетических зон
4.3.1 Экранировка в рамках квазиклассического приближения
4.4 Эмиссионная спектроскопия УВагСи.зО в нормальном состоянии
4.4.1 Общие положения
4.4.2 Эмиссионный спектр в направлении 0
4.4.3 Сравнительный анализ полученных результатов с экспериментальными данными по эмиссионной спектроскопии УВа2Си7 в направление 0
4.4.4 Автоэмиссионный спектр УВа2Сиз в направлении 0
4.4.5 Автоэмиссионный спектр УВа2Си7 в направлении 1
4.5 Автоэмиссионные вольтамперные характеристики УВазСизО и эффективная работа выхода
4.6 Основные выводы
Заключение
ЛИТЕРАТУРА


В связи с этим важно подчеркнуть, что строгое и последовательное описание явления автоэлектронной эмиссии из сверхпроводников наталкивается на существенные трудности при использовании подходов к статистической части задачи в духе теории ФаулераНордгсйма. Это связано в первую очередь с тем, что сверхпроводимость существенно не одноэлектронное явление, требующее учета
взаимодействия многих частиц. В связи с этим, на взгляд автора данной работы, некоторые результаты и общие выводы работ 2, 3, полученные на стадии обработки экспериментальных данных, являются ошибочными. Необходимо отметить, что существенный вклад в понимание теоретического аппарата, применимого для описания автоэлектронной эмиссии из сверхпроводников, был сделан в работах 4,5. Обобщенный авторами данных работ метод туннельного гамильтониана для описания автоэлектронной эмиссии открыл возможность поставить задачу и развить технику ее решения на основе современных полевых методов и математического аппарата нестационарной теории возмущений. Полученные ими выражения для распределения эмитированных электронов по полным энергиям убедительно продемонстрировали принципиальную возможность исследования сверхпроводящей щели методами автоэлектронной спектроскопии АЭС. Следует так же подчеркнуть, что хотя авторы данных работ основное внимание уделили спектроскопическим аспектам эмиссионных методов исследования БКШ сверхпроводников, в работе 5 была получена оценка изменения эмиссионного тока при включении БКШ состояния при Г 0. В противоположность результатам обсуждавшихся ранее работ 2,3 знак исследуемой величины был прямо противоположен, хотя по порядку величины результаты совпадали. То есть, согласно результату 5, эмиссионный ток в сверхпроводящем состоянии должен быть больше, чем в случае, если бы эмиттер при той же температуре оставатся нормальным. При этом авторами 5 было указано на ошибку, допущенную в 2 при получении исследуемого выражения. В работе 4 непосредственные вычисления изменения эмиссионного тока не проводились, однако по виду эмиссионного спектра, а именно изза наличия запрещенной щели в спектре эмитированных электронов, автором был сделан вывод об уменьшении эмиссионного тока в сверхпроводящем состоянии. Более подробное рассмотрение этого вопроса будет проведено во второй главе. В следующем разделе вводной главы будет достаточно подробно изложен метод туннельного гамильтониана и представлены результаты теоретических работ 4, 5 по автоэлектронной спектроскопии. На наш взгляд это необходимо, так как, с одной стороны, данный метод до сих пор не изложен в монографиях по автоэлектронной эмиссии, а с другой стороны, он является базовым инструментом исследований, проводимых в данной работе. В качестве основных и чаще всего анализируемых экспериментально эмиссионных характеристик рассмотрим выражение для плотности эмиссионного тока у и функции распределения эмитированных электронов но полным энергиям . В году Коэном, Фаликовым и Филипсом впервые был предложен метод расчета туннельного тока в системе нормальный металлизолятор сверхпроводник, известный теперь под названием метода туннельного гамильтониана. Прежде всего, следует отметить большое сходство в описании АЭЭ и туннельной структуры металлизоляторсверхпроводник. Обобщение метода туннельного гамильтониана для описания ПЭЭ было сделано в работах 4,5. Физическая картина процесса ПЭЭ из твердого тела в вакуум схематически изображена на рис. Г еометрически пространство разделено на три части, левый берег, правый берег и облас ть барьера. При этом предполагается, что в отсутствие взаимодействия в отсутствие электрического поля в случае эмиссии волновые функции электронов левого и правого берегов представляют собой собственные функции невозмущенных гамильтонианов Нш и Нк, соответственно, и при этом локализованы в пределах своих берегов. Включение взаимодействия Нт позволяет смешивать левые и правые состояния и, таким образом, вызывает переходы электронов с одного берега на другой. Тогда полный гамильтониан системы в формализме вторичного квантования можно записать следующим образом
где квадрат матричного элемента перехода определяется как 6
1. У ге3 Р7 р
1.