Coulomb dille
Coulomb drag ( eng. Coulomb drag ) er processen med interaktion af rumligt adskilte ladninger gennem Coulomb interaktion . Det manifesterer sig i to-lags strukturer med metallag adskilt af en tunnel -ugennemsigtig isolator, når strømmen, der flyder i et af lagene skaber en strøm i det andet lag med et lukket elektrisk kredsløb i dette lag eller en spænding med et åbent kredsløb [1] . Effekten blev teoretisk forudsagt i den sovjetiske videnskabsmand M. B. Pogrebinskys arbejde [2] .
Essensen af fænomenet
Overvej to ledere adskilt af et ikke-ledende materiale. (I tilfælde af en heterostruktur bestående af GaAs - kvantebrønde adskilt af en barriere i form af AlAs ). Tunnelstrømmen mellem kvantebrønde ved lave temperaturer er fraværende i en sådan struktur på grund af et ret tykt isolatorlag (AlAs). Det elektriske felt af ladningsbærerne i det ene lag kan dog påvirke strømbærerne i det andet lag. Det viser sig, at når strømmen flyder i et lag, kaldet det aktive lag , oplever ladningsbærere fra det andet lag - henholdsvis passivt - medrivning . I dette tilfælde kan impulsen og energien af det aktive lags bærere overføres til det passive lag og skabe en strøm, når kredsløbet er lukket, eller en spænding, der forhindrer strømmen, når kredsløbet er åbent. Dette fører især til yderligere elektrisk modstand i det aktive lag på grund af friktion [1] . Så kan Coulomb-trækket give information om detaljerne i elektron-elektron-interaktionen i forskellige lag af halvlederen.
For at beskrive interaktionen mellem lag introduceres følgende karakteristik ( modstandsmodstand )
,
hvor V 2 er spændingen målt i det passive lag, I 1 er strømmen af det aktive lag.
Fænomenologisk model
Pogrebinsky overvejede samspillet mellem to ledende lag i Drude-modellen [3] .
, ,![{\displaystyle {\frac {d{\textbf {v}}_{1}}{dt}}={\frac {e}{m_{1}}}{\textbf {E}}_{1}+ {\frac {e}{m_{1}}}[{\textbf {v}}_{1}\ gange {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{1 }}{\tau _{1}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{1}-{\textbf {v}}_{2}}{\tau _{D}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b79e9fa469773032d3bd907efa636d441df3fd8)
![{\displaystyle {\frac {d{\textbf {v}}_{2}}{dt}}={\frac {e}{m_{2}}}{\textbf {E}}_{2}+ {\frac {e}{m_{2}}}[{\textbf {v}}_{2}\ gange {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{2 }}{\tau _{2}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{2}-{\textbf {v}}_{1}}{\tau _{D}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/16a8497150551ad672cd62bedbe34ed8512aec52)
hvor e er elektronladningen, v i , m i , E i , τ i er henholdsvis drifthastigheden, effektiv masse, elektrisk felt, momentumrelaksationstiden for partikler i lag i. Det første led beskriver Coulomb-kraften, det andet beskriver Lorentz-kraften, det tredje beskriver dæmpningen, og det sidste er ansvarligt for samspillet mellem lagene med den tilsvarende træktid τ D . Med lidt interaktion mellem lagene, når τ D >>τ i , er transporten fuldstændig uafhængig i de to lag, og Drude-teorien giver de sædvanlige udtryk for modstandstensoren (se magnetoresistens ). I et andet begrænsende tilfælde af stærk interaktion eller ideelle ledere, når τ D <<τ i , bestemmes modstandstensoren af vekselvirkningen mellem lagene, og der skabes en situation med ideel modstand . I det mellemliggende tilfælde skal du introducere den sædvanlige tensor , hvor indekserne i, j refererer til forskellige ledende lag, og de græske indekser α, β bestemmer de rumlige komponenter. Derefter for modstandstensorkomponenterne [3]
, , .
Bemærk, at der ikke er nogen Hall-modstand, og kun den langsgående komponent af modstandstensoren bidrager til Coulomb-modstanden, og i denne model afhænger det ikke af magnetfeltet.
Links
- ↑ 1 2 Narozhny, 2016 , s. 2.
- ↑ Pogrebinskii, MB Gensidig træk af bærere i et halvleder-isolator-halvledersystem // Sov . Phys. Semicond.. - 1977. - Vol. 11 . — S. 372 .
- ↑ 1 2 Narozhny, 2016 , s. fire.
Litteratur
- BN Narozhny, A. Levchenko. Coulomb drag (engelsk) // Rev. Mod. Phys.. - 2016. - Vol. 88 . — S. 025003 . - doi : 10.1103/RevModPhys.88.025003 .