Coulomb vurm

Coulomb-drag ( eng. Coulomb-drag ) är processen för interaktion mellan rumsligt separerade laddningar genom Coulomb-interaktionen . Det manifesterar sig i tvåskiktsstrukturer med metallskikt åtskilda av en tunnelopak isolator, när strömmen som flyter i ett av skikten skapar en ström i det andra skiktet med en sluten elektrisk krets i detta skikt eller en spänning med en öppen krets [1] . Effekten förutspåddes teoretiskt i arbetet av den sovjetiske vetenskapsmannen M. B. Pogrebinsky [2] .

Kärnan i fenomenet

Betrakta två ledare separerade av ett icke-ledande material. (I fallet med en heterostruktur bestående av GaAs - kvantbrunnar separerade av en barriär i form av AlAs ). Tunnelströmmen mellan kvantbrunnar vid låga temperaturer saknas i en sådan struktur på grund av ett ganska tjockt isolatorskikt (AlAs). Det elektriska fältet hos laddningsbärarna i ett skikt kan dock påverka strömbärarna i det andra skiktet. Det visar sig att när ström flyter i ett skikt, kallat det aktiva skiktet , upplever laddningsbärare från det andra skiktet - respektive passivt - entrainment . I det här fallet kan rörelsemängden och energin hos det aktiva skiktets bärare överföras till det passiva skiktet och skapa en ström när kretsen är sluten eller en spänning som förhindrar strömflödet när kretsen är öppen. Detta leder i synnerhet till ytterligare elektriskt motstånd i det aktiva lagret på grund av friktion [1] . Då kan Coulomb-draget ge information om detaljerna i elektron-elektroninteraktionen i olika lager av halvledaren.

För att beskriva interaktionen mellan lager introduceras följande egenskap ( motståndsmotstånd )

R_{D}=-{\frac {V_{2}}{I_{1}}}

där V 2 är spänningen uppmätt i det passiva skiktet, I 1 är strömmen för det aktiva skiktet.

Fenomenologisk modell

Pogrebinsky övervägde samspelet mellan två ledande lager i Drude-modellen [3] .

{\frac {d{\textbf {v}}_{1}}{dt}}={\frac {e}{m_{1}}}{\textbf {E}}_{1}+ {\frac {e}{m_{1}}}[{\textbf {v}}_{1}\times {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{1 }}{\tau _{1}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{1}-{\textbf {v}}_{2}}{\tau _{D}}}

{\frac {d{\textbf {v}}_{2}}{dt}}={\frac {e}{m_{2}}}{\textbf {E}}_{2}+ {\frac {e}{m_{2}}}[{\textbf {v}}_{2}\times {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{2 }}{\tau _{2}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{2}-{\textbf {v}}_{1}}{\tau _{D}}}

där e är elektronladdningen, v i , m i , E i , τ i är drifthastigheten, effektiv massa, elektriskt fält, momentumrelaxationstid för partiklar i lager i. Den första termen beskriver Coulomb-kraften, den andra beskriver Lorentz-kraften, den tredje beskriver dämpningen och den sista är ansvarig för interaktionen mellan lagren med motsvarande dragtid τ D . Med liten växelverkan mellan skikten, när τ D >>τ i , är transporten helt oberoende i de två skikten och Drude-teorin ger de vanliga uttrycken för resistanstensorn (se magnetoresistans ). I ett annat begränsande fall av stark växelverkan eller idealiska ledare, när τD << τi , bestäms resistanstensorn av växelverkan mellan skikten och en situation med idealt motstånd skapas . I det mellanliggande fallet måste du introducera den vanliga tensorn , där indexen i, j refererar till olika ledande lager, och de grekiska indexen α, β bestämmer de rumsliga komponenterna. Sedan för motståndstensorkomponenterna [3] ${\displaystyle \rho _{\alpha \beta }^{(ij)))$

{\displaystyle \rho _{xx}^{(12)}=-{\frac {m_{2}}{e^{2}n_{1}\tau _{D))))

\rho _{xx}^{(11)}={\frac {m_{1}}{e^{2}n_{1}}}\left({\frac {1}{\tau _ {1}}}+{\frac {1}{\tau _{D}}}\right)

{\displaystyle \rho _{yx}^{(11)}={\frac {B}{en_{1))))

Observera att det inte finns något Hall-motstånd och endast den longitudinella komponenten av motståndstensorn bidrar till Coulomb-motståndet, och i denna modell beror det inte på magnetfältet.

Länkar

↑ 1 2 Narozhny, 2016 , sid. 2.
↑ Pogrebinskii, MB Ömsesidigt drag av bärare i ett halvledar-isolator-halvledarsystem // Sov . Phys. Semicond.. - 1977. - Vol. 11 . — S. 372 .
↑ 1 2 Narozhny, 2016 , sid. fyra.

Litteratur

BN Narozhny, A. Levchenko. Coulomb drag (engelska) // Rev. Mod. Phys.. - 2016. - Vol. 88 . — S. 025003 . - doi : 10.1103/RevModPhys.88.025003 .