Диссертация (1097781), страница 35
Текст из файла (страница 35)
â).Ïðîöåññ îáðàòèìîãî ïåðåðàñïðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà íàèáîëåå ÿðêîâûðàæåí äëÿ àñèììåòðè÷íîãî êîíòàêòà, êîãäà ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îáðàçöà ïðåâîñõîäèò ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè âñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îñòðèÿ çîíäà.4.84.84.8бЧисла заполненияЧисла заполненияадгТуннельный токТуннельный токТуннельный токЧисла заполнения189веÐèñ.
4.9 . à).-â). Çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ã).-å). è òóííåëüíîãî òîêa îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå äëÿ äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îáà îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû íèæå óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâε1 = −0, 10, ε2 = −0, 30, Γk1 = Γk2 = 0, 01, Γp1 = Γp2 = 0, 01 îäèíàêîâû äëÿ âñåõ ãðàôèêîâ.à).,ã). U12 = 1, 00, U11 = 1, 50, U22 = 1, 60; á).,ä). U12 = 0, 40, U11 = 0, 50, U22 = 0, 65; â).,å).U12 = 0, 15, U11 = 0, 25, U22 = 0, 40.Íåîáõîäèìî çàìåòèòü, ÷òî â îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ÷èñëà çàïîëíåíèÿ îáîèõ ýëåêòðîííûõ óðîâíåé èìåþò ôîðìó ïðîñòîéñòóïåí÷àòîé ôóíêöèè, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò òóííåëüíûì ÷èñëàì çàïîëíåíèÿ nT (εi ), ñäâèíóòûì äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà íà âåëè÷èíó ε1 − ε2 .Âîçíèêíîâåíèå èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè, ñâÿçàííîå ñ íàëè÷èåì â ñèñòåìå êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé, íàèáîëåå ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ â ñëó÷àå, êîãäà ýëåêòðîííûå óðîâíè ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû ïî ðàçíûå ñòîðîíû îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà (ðèñ.
,). Ïðè îòñóòñòâèè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, êîãäà âûïîëíåíî ñîîòíîøåíèå ìåæäó ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè Γk(p)1 = Γk(p)2 , ðàçíîñòü ÷èñåë çàïîëíåíèÿ äâóõ óðîâíåé ýíåðãèè(n1 − n2 ∼ Γk1 Γp2 − Γp1 Γk2 ) îáðàùàåòñÿ â íîëü. Ó÷åò êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ â äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìå ïðèâîäèò êôîðìèðîâàíèþ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè â øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèéíà òóííåëüíîì êîíòàêòå (ðèñ. ,).Íà ðèñóíêå (à,á) ïîêàçàíû òðè îáëàñòè íàïðÿæåíèé íà òóííåëüíîì êîíòàêòå, äëÿ êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè (ε1 + U11 < eV < ε2 + 2U12 , ε1 + 2U12 < eV < ε2 + U22 + U12 èε1 + U11 + U12 < eV ).
Î÷åâèäíî (ðèñ. a,á), ÷òî êîãäà çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå íå ïðåâîñõîäèò âåëè÷èíó ε1 + U12 âåñü çàðÿä4.7 4.104.104.7 4.104.6гЧисла заполнениябдТуннельный токЧисла заполненияаТуннельный токТуннельный токЧисла заполнения190веÐèñ. 4.10 . à).-â). Çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ã).-å). è òóííåëüíîãî òîêa îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå äëÿ äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îäèí èç îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíåé ýíåðãèè ðàñïîëîæåí âûøå óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà, à äðóãîé- íèæå.Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâε1 = 0, 20, ε2 = −0, 30, Γk1 = Γk2 = 0, 01, Γp1 = Γp2 = 0, 01 îäèíàêîâûU12 = 1, 00, U11 = 1, 40, U22 = 1, 70; á).,ä). U12 = 0, 10, U11 = 0, 25,= 0, 10, U11 = 0, 15, U22 = 0, 25.äëÿ âñåõ ãðàôèêîâ. à).,ã).U22 = 0, 80; â).,å).
U12â ñèñòåìå ëîêàëèçîâàí íà íèæíåì óðîâíå ýíåðãèè (n1 = 0). Ñ ðîñòîì íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå ïðîèñõîäèò ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäàè îáðàçóåòñÿ èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü.Âîçíèêíîâåíèå èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè ñèëüíî çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè. Èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü íàèáîëåå ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ â àñèììåòðè÷íîì òóííåëüíîì êîíòàêòå, êîãäà íàèáîëüøåéÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îáðàçöà(k ).  ñëó÷àå, êîãäà äâóõóðîâíåâàÿ ñèñòåìà ñèëüíî ñâÿçàíà ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îñòðèÿ çîíäà, ôîðìèðîâàíèå îáëàñòåé ñ èíâåðñíîéçàñåëåííîñòüþ íå íàáëþäàëîñü (p) (ðèñ.
â).  ýòîì ñëó÷àå ñ ðîñòîì âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå, âîçðàñòàåò çàïîëíåíèå âåðõíåãîýëåêòðîííîãî óðîâíÿ, íî ïðè ýòîì îñíîâíàÿ ÷àñòü çàðÿäà îñòàåòñÿ ëîêàëèçîâàííîé íà íèæíåì ýëåêòðîííîì óðîâíå.Óìåíüøåíèå âåëè÷èí êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðèâîäèò ê èñ÷åçíîâåíèþ èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè (ðèñ.á,â), è çàðÿä îêàçûâàåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ëîêàëèçîâàí íà íèæíåì óðîâíå ýíåðãèè. Ýòîò ýôôåêò ïîçâîëÿåò îäíîçíà÷íî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ðîëü êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé â îïèñàííûõ ýôôåêòàõ ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà.
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ñîçäàíèÿèíâåðñíîé çàñåëåííîñòè â ñèñòåìå íàíîìåòðîâûõ ðàçìåðîâ ñ íåñêîëüêèìè4.74.10191бЧисла заполненияЧисла заполненияагТуннельный токТуннельный токвÐèñ. 4.11 . à).-á). Çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ â).-ã). è òóííåëüíîãî òîêa îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå äëÿ äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îáà îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû âûøå óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâε1 = 0, 60, ε2 = 0, 30, U12 = 1, 00, U11 = 1, 50, U22 = 1, 60 îäèíàêîâû äëÿ âñåõ ãðàôèêîâ. à).,â).Γk1 = 0, 06, Γp1 = 0, 05, Γk2 = 0, 15, Γp2 = 0, 005; á).,ã). Γk1 = 0, 15, Γp1 = 0, 005, Γk2 = 0, 06,Γp2 = 0, 05.óðîâíÿìè ýíåðãèè íåîáõîäèìî ïðåîäîëåòü íåêîòîðîå ïîðîãîâîå çíà÷åíèåâåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.Çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïîëîæåíèé óðîâíåé ýíåðãèè ïîêàçàíû íà ðèñóíêàõ (ðèñ. ã-å) (àìïëèòóäû òóííåëüíîãî òîêà íîðìèðîâàíû íà âåëè÷èíó 2Γk ).
Äëÿ âñåõ çíà÷åíèéïàðàìåòðîâ ñèñòåìû çàâèñèìîñòè òóííåëüíîãî òîêà îò íàïðÿæåíèÿ èìåþò ñòóïåí÷àòûé âèä. Âûñîòà è øèðèíà ñòóïåíåé çàâèñèò îò ïàðàìåòðîâòóííåëüíîãî êîíòàêòà (ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè, âåëè÷èí êóëîíîâñêèõ ýíåðãèé).  ñëó÷àå, êîãäà îáà óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû íèæå óðîâíÿ Ôåðìè(ðèñ. , ã-å), âåðõíèé óðîâåíü íå ïðîÿâëÿåòñÿ êàê ñòóïåíüêà â âîëüòàìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî â ñèñòåìå ïðîèñõîäèò âûçâàííîå êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà. ñëó÷àå, êîãäà ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè èìåþò ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûå çíà÷åíèÿ äëÿ îáîèõ óðîâíåé ýíåðãèè, âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêèèìåþò âèä ìîíîòîííûõ ôóíêöèé.
Åñëè ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè çíà÷èòåëüíîðàçëè÷àþòñÿ, òî ïîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå îñîáåííîñòè. Íà ðèñóíêàõèïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà tk(p)1 ̸= tk(p)2 . ýòîì ñëó÷àå ïðîèñõîäèò êîíêóðåíöèÿ ìåæäó ”îäíîýëåêòðîííûìè” íåðàâíîâåñíûìè ýôôåêòàìè çàïîëíåíèÿ è êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè, êîòîðàÿ4.5 4.104.6 4.94.11 4.12192бЧисла заполненияЧисла заполненияавТуннельный токТуннельный токгÐèñ. 4.12 . à).-á). Çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ â).-ã). è òóííåëüíîãî òîêa îò íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå äëÿ äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìû äëÿ ñëó÷àÿ, à).,â). êîãäà îäèí èçîäíîýëåêòðîííûõ óðîâíåé ýíåðãèè ðàñïîëîæåí âûøå óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà, à äðóãîé- íèæå;á).,ã).
êîãäà îáà îäíîýëåêòðîííûõ óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû íèæå óðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà.Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâΓk1 = 0, 15, Γp1 = 0, 005, Γk2 = 0, 06, Γp2 = 0, 05 îäèíàêîâû äëÿ âñåõε1 = 0, 20, ε2 = −0, 30, U12 = 1, 00, U11 = 1, 40, U22 = 1, 70; á).,ã). ε1 = −0, 10,= 1, 00, U11 = 1, 50, U22 = 1, 60.ãðàôèêîâ.
à).,â).ε2 = −0, 30, U12ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà â ñèñòåìå ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîÿâëåíèåì îòðèöàòåëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè. Ñëåäîâàòåëüíî,êîíêóðåíöèÿ íåðàâíîâåñíûõ ýôôåêòîâ è êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ ìîæåò áûòü èññëåäîâàíà íå òîëüêî òåîðåòè÷åñêè, íîè ýêñïåðèìåíòàëüíî ñ ïðèìåíåíèåì ìåòîäà ÑÒÌ/ÑÒÑ [192].Ðåçóëüòàòû äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà îáà óðîâíÿ ýíåðãèè ðàñïîëîæåíû âûøåóðîâíÿ Ôåðìè îáðàçöà, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñóíêå. Åñëè ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè èç ñîñòîÿíèé íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îáðàçöà íà íèæíèé óðîâåíüýíåðãèè ÿâëÿåòñÿ íàèáîëüøåé â ñèñòåìå, à ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè ñ íèæíåãîóðîâíÿ ýíåðãèè â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îñòðèÿ çîíäà - íàèìåíüøàÿ, (ðèñ.a,â), òî çàðÿä â ñèñòåìå â îñíîâíîì ëîêàëèçîâàí íà íèæíåìóðîâíå ýíåðãèè. Åñëè æå ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè èç ñîñòîÿíèé íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà îáðàçöà íà âåðõíèé óðîâåíü ýíåðãèè ÿâëÿåòñÿ íàèáîëüøåé âñèñòåìå, à ñ âåðõíåãî óðîâíÿ ýíåðãèè â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðàîñòðèÿ - íàèìåíüøåé (ðèñ.á,ã), òî çàðÿä â îñíîâíîì ëîêàëèçîâàí íàâåðõíåì óðîâíå ýíåðãèè, è ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè.
Íî â ñâÿçè ñ íàëè÷èåì â ñèñòåìå êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ñóùåñòâóåò òðè îáëàñòè íàïðÿæåíèé, äëÿ êîòîðûõ çàðÿä ëîêàëèçîâàí â îñíîâíîì4.114.114.11193íà íèæíåì óðîâíå ýíåðãèè: ε2 < eV < ε1 , ε2 + U12 < eV < ε1 + U12 èε2 + U22 + U12 < eV < ε1 + U11 + U12 .Èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü òàêæå íàáëþäàåòñÿ â ñëó÷àå, êîãäà îäèíèç óðîâíåé ýíåðãèè ðàñïîëîæåí âûøå óðîâíÿ Ôåðìè, à äðóãîé - íèæå(ðèñ.a) èëè êîãäà îáà óðîâíÿ ýíåðãèè ëîêàëèçîâàíû íèæå óðîâíÿ Ôåðìè (ðèñ.á).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
