Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Влияние межэлектронного взаимодействия на спиновые свойства одномерных и квазиодномерных проводников

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Автор глубоко благодарен своему научному руководителю С.Н. Артемен-ко — за научное руководство и постоянное внимание к работе, своим коллегам К. Э. Нагаеву, C.B. Ремизову, Д. С. Шапиро, П. П. Асееву, В.Г. Корнич-за совместную работу и подробное обсуждение многих вопросов. Автор также благодарен французскому национальному центру научных исследований CNRS и лично П. Монсо и Ж. Дюма за интерес… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Особенности одномерных и квазиодномерных проводников
    • 1. 1. Одномерные взаимодействующие электроны: жидкость Латт-инджера
    • 1. 2. Квазиодномерные проводники — промежуточный класс систем между Ш и ЗЭ объектами
    • 1. 3. Особенности низкотемпературного поведения квази-Ш проводников
    • 1. /1. Взаимодействующие электроны в Ш
  • Глава 2. Низкотемпературная теплоемкость квазиодномерных проводников
    • 2. 1. Квазиодномерпый проводник без ВЗП
    • 2. 2. Расчет теплоемкости квази-Ш проводника с примесями
    • 2. 3. Квазиодномерный проводник с ВЗП
    • 2. 4. Расчет теплоемкости квази-Ш проводника в состоянии жидкости Латтинджера, стабилизированной ВЗП
    • 2. 5. Учет флуктуации фаз на примесях
    • 2. 6. Выводы
  • Глава 3. Спиновая поляризация электрического тока, протекающего через квантовый провод с примесью
    • 3. 1. Мотивация исследования
    • 3. 2. Основные уравнения
    • 3. 3. Флуктуации в проводе конечной длины
    • 3. 4. Генерация спинового тока
  • Глава 4. Регистрация спинового тока
    • 4. 1. Измерение приложенного «спинового» напряжения
    • 4. 2. Вычисление зарядовых флуктуаций (ф^). Короткодействие
    • 4. 3. Вычисление зарядовых флуктуаций (ф2р). Дальнодействие
    • 4. 4. Порядок величины эффекта

Влияние межэлектронного взаимодействия на спиновые свойства одномерных и квазиодномерных проводников (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы.

В физике конденсированного состояния особое внимание уделяется явлениям, обусловленным межэлектронным взаимодействием. Поэтому одномерные (1Б) проводники занимают здесь исключительное положение, взаимодействие в них играет особую роль. Теория ферми-жидкости Ландау, успешно использованная для описания множества физических свойств трехмерных и двумерных электронных систем, в Ш случае оказывается неприменимой. Это связано с тем. что в 1Б системах сильно уменьшается область фазового пространства, доступная для электронных переходов в процессах электрон-электронного рассеяния. Другими словами, в отличие от ЗБ проводников, одномерные электроны не могут легко обойти друг друга. Это приводит к тому, что учет даже слабого межэлектропиого взаимодействия коренным образом меняет спектр системы, характер элементарных возбуждений и физические свойства. В частности, в Ю случае имеет место так называемое спин-зарядовое разделение — заряд и спин могут двигаться независимо (причем с разными скоростями), а проводимость существенно подавляется даже единственной примесью. Благодаря интересной физике и новым необычным свойствам, исследование одномерных и квазиодномерных материалов и структур уже более полувека находится в центре внимания физиков, изучающих конденсированные системы. Интерес к одномерным и квазиодномерным проводникам во многом связан также с тенденциями к миниатюризации в электронике и с успехами современной технологии, позволящей создавать такие одномерные проводящие системы, как полупроводниковые квантовые проволоки и проводящие атомные цепочки на поверхности.

В настоящее время остаются не выясненными даже многие фундаментальные физические свойства таких систем. В частности, особый интерес представляет то, как значительное межэлектронпое взаимодействие сказывается на спиновых свойствах одномерных и квазиодномерпых проводников и как наличие примесей и дефектов влияет на термодинамические и кинетические свойства таких систем.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом исследовании влияния примесей и межэлектронного взаимодействия на теплоемкость одномерных проводников и квазиодномерных проводников, в том числе с волной зарядовой плотности, а также теоретическом изучении спинового транспорта в одномерных проводниках с дефектом.

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

1) В рамках модели стабилизированной жидкости Латтинджера найдена низкотемпературная теплоемкость квазидономерного проводника. Рассмотрены случаи квазодномерного проводника с волной зарядовой плотности и без нее, причем особое внимание уделено зависимости теплоемкости от внешнего магнитного поля.

2) Теоретически исследуется перенос спина при протекании электрического тока через примесь в одномерном проводнике. Взаимодействующие электроны описываются в рамках теории жидкости Латтинджера. Рассматривается как кулоповское взаимодействие, так и короткодействующее, которое осуществляется при экранировании дальнодействующей части кулоновсого потенциала затвором. Рассмотрены случаи магнитной и немагнитной примесей. Изучено влияние спинового тока, протекающего через провод, на вольт-амперную характеристику в случае магнитной и немагнитной примеси.

Научная новизна. В рамках диссертационной работы было предложено теоретическое объяснение наблюдаемой в экспериментах на квазиодтюмерпых проводниках с волной зарядовой плотности сильной зависимости низкотемпературной теплоемкости от магнитного поля и концентрации дефектов. Расчет, основанный на учете сильного межэлектронного отталкивания показал, что наблюдаемая зависимость может быть объяснена тем, что состояние с ВЗП образовалось на основе жидкости Латтшгджера. В этом случае сильный примесный пиннинг и частичное нарушение спин-зарядового разделения примесями приводят к локализации избыточных спинов около примесей, что и приводит к характерной зависимости от магнитного поля.

На основании теоертического исследования впервые установлено, что протекание электрического тока через магнитную примесь в одномерном проводнике должно приводить к генерации спинового тока, причем ток имеет постоянную и переменную составляющие. При низких температурах и достаточно малых напряжениях электрический ток может быть практически полностью спин-поляризованным. Показано, что протекание через квантовый провод с магнитной или немагнитной примесью спинового тока влияет на вольт-амперную характеристику провода, что дает возможность измерять спиновый ток чисто электрическим (не магнитным) методом.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка публикаций по теме диссертации и списка цитированной литературы. Работа содержит 118 страниц, 16 рисунков и список литературы, включающий 67 источников.

Заключение

.

1)В одномерных и квазиодномерных проводниках сильный примесный пиининг в условиях сильного межэлектронного взаимодействия и частичное нарушение спин-зарядового разделения примесями приводят к локализации избыточных спинов около примесей, что приводит к сильной зависимости теплоемкости от магнитного поля при низких температурах;

2) Протекание электрического тока через магнитную примесь в одномерных проводниках должно приводить к генерации постоянного и переменного спиновых токов;

3) Протекание спинового тока через одномерный проводник, содержащий магнитную или немагнитную примесь, влияет на вольт-амперную характеристику провода, что дает возможность измерения спинового тока чисто электрическим методом.

Автор глубоко благодарен своему научному руководителю С.Н. Артемен-ко — за научное руководство и постоянное внимание к работе, своим коллегам К. Э. Нагаеву, C.B. Ремизову, Д. С. Шапиро, П. П. Асееву, В.Г. Корнич-за совместную работу и подробное обсуждение многих вопросов. Автор также благодарен французскому национальному центру научных исследований CNRS и лично П. Монсо и Ж. Дюма за интерес к работе, экспериментаторам Ж. К. Лаженье и Г. Ремени за подробное обсуждение полученных экспериментальных данных, а также теоретикам Д. Файнбергу и А. Фрайну за обсуждение некоторых вопросов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Landau L. D., Lifshits E. M. Statistical Physics. London: Pergamon Press, 1993.
  2. А. А., Горьков JI. П., Дзялошинский И. Е. Методы квантовой теории поля в статистической физике. М.: Физматгиз, 1962.
  3. Л. Д. // ЖЭТФ. 1956. Т. 30. С. 1058.
  4. Л. Д. // ЖЭТФ. 1957. Т. 32. С. 59.
  5. Giamarchi Т. Quantum Physics in One Dimension. Oxford: Clarendon Press, 2003.
  6. Gogolin A. O., Nersesyan A. A., Tsvelik A. M. Bosonisation and strongly correlated systems. Cambridge: Cambridge University Press, 1998.
  7. Tomonaga S. Remarks on Bloch’s Method of Sound Waves applied to Many-Fermion Problems // Prog. Theor. Phys. 1950. Vol. 5. Pp. 544−569.
  8. Luttinger J. M. An Exactly Soluble Model of a Many-Fermion System //J. Math. Phys. 1963. Vol. 4. P. 1154.
  9. F. // ZS. Pliys. 1933. Vol. 81. P. 363.
  10. F. // Helv. Phys. Acta. 1934. Vol. 7. P. 385.
  11. Kane C. L., Fisher M. P. A. Transport in a one-channel Luttinger liquid // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 68. Pp. 1220−1223.
  12. Matveev K. A., Glazman L. I. Coulomb blockade of tunneling into a quasi-one-dimensional wire // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 70. Pp. 990−993.
  13. Furusaki A., Nagaosa N. Single-barrier problem and Anderson localization in a one-dimensional interacting electron system // Phys. Rev. B. 1993. Vol. 47. Pp. 4631−4643.
  14. Y., Ford C. J. В., Griffiths J. P., et al. Probing spin-charge separation in a Tomonaga-Luttinger liquid // Science. 2009. Vol. 325. Pp. 597−601.
  15. Auslaender О. M., Steinberg H., Yacoby A., et al. Spin-Charge Separation and Localization in One Dimension // Science. 2005. Vol. 308. Pp. 88−92.
  16. Bockrath M., Cobden D. H., Lu J., et al. Luttinger-liquid behaviour in carbon nanotubes // Nature. 1999. Vol. 397. Pp. 598−601.
  17. Ishii H., Kataura H., Shiozawa H., et al. Direct observation of Tomona-ga-Luttinger-liquid state in carbon nanotubes at low temperatures // Nature. 2003. Vol. 426. Pp. 540−544.
  18. P. Квантовая теория твердых тел. М.: ИнЛит, 1956.
  19. Sato М., et al. //J. Phys. С: Solid State Phys. 1985. Vol. 18. P. 2603.
  20. Gruner G. Dencity Waves in Solids. London: Addison-Wesley, 1994.
  21. V. N., Firsof Y. A. // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1979. Vol. 76. P. 1602.
  22. Y. A., Prigodin V. N., Seidel С. // Phys. Report. 1985. Vol. 126. P. 245.
  23. S. A., Yakovenko V. M. // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1985. Vol. 89. P. 2318.
  24. H. J. // Int. J. Mod. Phys. B. 1991. Vol. 5. P. 57.
  25. Boies D., Bourbonnais C., TYemblay A. M. S. // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 74. P. 968.
  26. E. // Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 83. P. 128.
  27. Zaitsev-Zotov S. V., Pokrovskii V. Y., Monceau P. // Pis’ma v ZhEtF. 2001. Vol. 73. P. 29.
  28. Zaitsev-Zotov S. V. // Microelectronic Engineering. 2003. Vol. 69. P. 549.
  29. Slot E., Holst M. A., van der Zant H. S. J., et al. // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 93. P. 176 602.
  30. Yang J., Ong N. P. The low-temperature, low-frequency, dielectric response of pinned charge-density-wave in K0.3M0O3 // Phys. Rev. B. 1991. Vol. 44. Pp. 7912−7916.
  31. Nad F. Y., Monceau P. The low-temperature, low-frequency, dielectric response of pinned charge-density-wave in K0.3M0O3 // Solid State Commun. 1993. Vol. 87. P. 13.
  32. Nad F. Y., Monceau P. // Synth. Metals. 1995. Vol. 70. P. 1255.
  33. Staresinic D., Biljakovic K., Brutting W., et al. // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 65. P. 165 109.
  34. Simek Z., Puntijar P., Ocko M., et al. // Journal de Physique IV. 2005. Vol. 131. P. 349.
  35. A. W. // Springer Lecture Notes in Physics / Ed. by G. Hutirai, J. Soly-om. 1968. P. 422.
  36. Smontara A., et al. // J. Phys. Condensed Matter. 1992. Vol. 4. P. 3273.
  37. A. F. // Phys. Lett. A. 1993. Vol. 182. P. 433.
  38. A., Brazovskii S. // Solid State Commun. 1995. Vol. 93. P. 275.
  39. Lasjaunias J. C., Biljakovic K., Sahling S., Monceau P. Magnetic field influence on the low-temperature heat capacity of the CDW compounds TaS3 and Rbo.3Mo03 // J. Phys. IV France. 2005. Vol. 131. Pp. 193−194.
  40. Staresinic D., Biljakovic K., Lunkenheimer P., et al. Doping effects on the low-energy excitations of the charge density wave system o-TaS? //J. Phys. IV France. 2005. Vol. 131. Pp. 191−192.
  41. Lasjaunias J. C., Sahling S., Biljakovic K., et al. //J. Magn. and Magn. Mat. 2005. Vol. 989. Pp. 290−291.
  42. Sahling S., Lasjaunias J. C., Biljakovic K., et al. Magnetic field influence on the low temperature heat capacity and heat release of (TMTSF^PF? // J. of Low Temp. Phys. 2005. Vol. 133. P. 273.
  43. Lasjaunias J. C., Sahling S., Sulpice A., et al. Magnetic field influence on the low temperature heat capacity of the spin-Peierls compound CuGeO? // Solid State Commun. 2005. Vol. 136. Pp. 360−364.
  44. Sahling S., Lasjaunias J. C., Biljakovic K., et al. Magnetic Field Influence on the Low Temperature Heat Capacity and Heat Release of (TMTSF^PF? // J. Low Temp. Phys. 2003. Vol. 133. P. 273.
  45. Melin R.- Lasjaunias J. C., Sahling S., et al. Interplay between Phase Defects and Spin Polarization in the Specific Heat of the Spin-Density-Wave Compound (TMTTF)2Br in a Magnetic Field // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 97. P. 227 203.
  46. Brazovskii S. A., Gor’kov L. P., Schrieffer J. R., et al. Influence of Interchain Electron Hopping on Commensurate One-Dimensional Conductors // Physica Scripta. 1982. Vol. 25. Pp. 423−424.
  47. Brazovskii S. A., Kirova N. N. Electron Selflocalization and superstructures in quasi one-dimensional dielectrics // Sov. Sci. Rev. Sec. A. 1984. Vol. 5. P. 99.
  48. Brazovskii S. A., Matveenko S. I. Solitons in charge-density-wave crystals // Sov. Phys. JETP. 1991. Vol. 72. Pp. 492−498.
  49. JIapKHH A. 14. // >K3T
  50. Ovchinnikov Y. N., Biljakovic K., Lasjaunias J., et al. Strong-pinning phenomena and low-temperature heat capacitance anomaly in charge and spin-density wave compounds // Europhys. Lett. 1996. Vol. 34. Pp. 645−650.
  51. Artemenko S. N. Impurity-induced stabilization of Luttinger liquid in quasi-one-dimensional conductors // JETP Lett. 2004. Vol. 79. P. 335.
  52. Brazovskii S., Nattermann T. Pinning and sliding of driven elastic systems: from domain walls to charge density waves // Adv. Physics. 2004. Vol. 53. Pp. 177−252.
  53. Sneddon L. Sliding charge-density waves. I. dc properties // Phys. Rev. B. 1984. Vol. 29. P. 719.
  54. Y. // J. Phys. Soc. Jap. 1980. Vol. 49. P. 852.
  55. S. N., Volkov A. F. // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1981. Vol. 81. P. 1872.
  56. Artemenko S. N., Remizov S. V. Low-temperature conductivity of quasi-one-dimensional conductors: Luttinger liquid stabilized by impurities // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 72. P. 125 118.
  57. Artemenko S. N., Nattermann T. Long-Range Order in Quasi-One-Dimensional Conductors // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 99. P. 256 401.
  58. Voit J. One-dimensional Fermi liquids // Rep. Prog. Phys. 1994. Vol. 57. Pp. 977−1116.
  59. Schulz H.J.// Mesoseopic Quantum Physics, Les Houches XXI / Ed. by E. Akkermans, G. Montambaux, J. L. Pichard, J. Zinn-Justin. Amsterdam: Elsevier, 1995. P. 425.
  60. Coleman S. Quantum sine-Gordon equation as the massive Thirring model // Phys. Rev. D. 1975. Vol. 11. Pp. 2088—2097.
  61. Mandelstam S. Soliton operators for the quantized sine-Gordon equation // Phys. Rev. D. 1975. Vol. 11. P. 3026−3030.
  62. Fabrizio M., Gogolin A. O. Interacting one-dimensional electron gas with open boundaries // Phys. Rev. B. 1995. Vol. 51. P. 17 827.
  63. Voit J., Schulz H. J. Electron-phonon interaction and phonon dynamics in one-dimensional conductors: Spinless fermions // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 36. Pp. 968−979.
  64. Voit J., Schulz H. J. Electron-phonon interaction and phonon dynamics in one-dimensional conductors // Phys. Rev. B. 1988. Vol. 37. Pp. 10 068−10 085.
  65. Artemenko S. N., Remizov S. V., Shapiro D. S. Impurity induced coherent current oscillations in one-dimensional conductors // Pis’ma v ZliETF. 2008. Vol. 87. Pp. 792−796.
  66. Egger R., Grabert H. Applying voltage sources to a Luttinger liquid with arbitrary transmission // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 58. Pp. 10 761−10 768.
  67. С. H., Асеев П. П., Шапиро Д. С. Электронный транспорт в коррелированном квантовом проводе с объемными контактами // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. С. 659-Г"
Заполнить форму текущей работой