Материал: Зависимость между электрическим сопротивлением и размером монокристаллических наноструктур из висмута

Однако следует сказать и о некоторых трудностях. Во-первых технологии производства и обработки столь малых структур, несмотря на большой прогресс, до сих пор не достигли достаточно высокого уровня, чтобы исследовать наноструктуры с достаточной точностью. Из полученных графиков (рис. 16-18) заметно, что экспериментальные кривые построены по небольшому количеству точек, что-то около 18-22, а теоретические кривые были получены для нескольких сотен значений, что говорит о их большей точности относительно эксперимента. Но даже несмотря на это, теоретические и экспериментальные кривые достаточно хорошо согласуются друг с другом. Во-вторых, несмотря на получение нескольких удачных наноструктур, большинство было разрушено ещё до достижения критического предела перехода образца из металла в диэлектрик. Это хорошо видно по приведённому для примера рис. 17, после нескольких итераций уменьшений-измерений, образец был разрушен.

И тем не менее можно смело говорить об успешности проведённого эксперимента и теоретических расчётов. Наблюдаемый квантово-размерный эффект является универсальным для любого проводящего тела достаточно малого размера. Поэтому при производстве электронных устройств нового поколения следует учитывать влияние данного эффекта на их работу.

Благодарности

Автор хочет выразить благодарность своему научному руководителю К. Ю. Арутюнову за предоставление интересной темы и помощь в работе, а также - всему профессорско-перподавательскому составу МИЭМ НИУ ВШЭ за создание условий для успешной учебы и научной работы.

Список литературы

1. Огрин Ю.Ф., Луцкий В.Н., Елинсон М.И. О наблюдении квантовых размерных эффектов в тонких плёнках висмута // Письма в ЖЭТФ, вып. 3, № 3, стр.: 71-73 (1966).

2. Ogrin, Yu. F., et. al. The temperature dependence of the specific resistance and the Hall constant of dimension-quantized bismuth films // JETP 53, 1218-1224 (1967).

. Nikolaeva, A., Huber, T., Konopko, L., Tsurkan, A. Observation of the semiconductor-semimetal and semimetal-semiconductor transitions in Bi quantum wires induced by anisotropic deformation and magnetic field // J. Low. Temp. Phys. 158, 530-535 (2010).

4. Costa-Krämer, J. L. ,Garcia, N. and Olin, H. Conductance Quantization in Bismuth Nanowires at 4 K // Phys.Rev. Lett. 78, 4990-4993 (1997).

5. Rodrigo, J. G., García-Martín, A., Sáenz, J. J. and Vieira, S. Quantum Conductance in Semimetallic Bismuth Nanocontacts // Phys. Rev. Lett. 88, 246801-1 - 246801-4 (2002).

. Sun, X., Zhang, Z., and Dresselhaus, M. S. Theoretical modeling of thermoelectricity in Bi nanowires // Appl.Phys. Lett. 74, 4005-4007 (1999).

. Heremans, J., et. al. Bismuth nanowire arrays: Synthesis and galvanomagnetic properties // Phys. Rev. B 61,2921-2930 (2000).

. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела: Наука, М., 1978.

. Моисеев С.Г., Виноградов С.В. Основы нанофизики: методические указания к практическим занятиям. -Ульяновск: УлГТУ, 2010.

10. Riikonen K.-P. Quantum Size Effect in Low Dimensional Bismuth Nanostructures // Master's dissertation., University of Jyväskylä, Department of Physics, Nanoscience Center, (2009).

11. Cohen M. H. Energy bands in the bismuth structure. A nonellipsoidal model for electrons // Physical Review, vol. 121, №. 2, pp. 387-395 (1961).

. Arutyunov K. Yu., Golubev D. S., Zaikin A. D. Superconductivity in one dimension // Physics Reports 464, 1-70 (2008).

13. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твёрдого тела, том 1. Москва: МИР, 1979.

. Gantmakher V. F., Dolgopolov V. T. Temperature dependence of the electron and hole mean free paths in antimony // Soviet Physics JETP, V. 33, № 6, pp: 1215-1219 (1971).

15. Гл. Ред. Прохоров А. М. Большая Советская Энциклопедия, 3-е изд. М., «Советская Энциклопедия», 1971.

. Cronin S. B. Electronic Properties of Bi Nanowires. PhD thesis, MIT, 2002.

. Наталья К. С. Гальваномагнитые и термоэлектрические явления в монокристаллических плёнках системы висмут-сурьма // Спб. 2015.

18. Farhangfar S. Quantum size effects in a one-dimensional semimetal // Phys. Rev. B 74, 205318-1 -205318-5 (2006).

. Golin S. Band structure of bismuth: pseudopotential approach // Physical Review, vol.166, № 3, pp. 643-651 (1968).

. de Haas W. J., van Alphen P. M. Leiden Comm., 208d, 212a (1930).

. Ландау Л. Д. Zs., Phys., 64, 629 (1930)

22. Лифшиц И. М., Косевич А. М., ДАН СССР, т. 91, с. 795 (1953).

23. Onsager L., Phil Mag., 43, 1006 (1952).

. Sandomirskii V. B. Quantum size effect in a semimetal film // Sov. Phys. JETP 25, 101-106 (1967).

. Friedman A.N. Some effects of sample size on electrical transport in bismuth // Physical Review, vol. 159, №. 3, pp. 553-563 (1967).

. Rubio R., Agrait N., Vieira S. Atomic-sized metallic contacts: mechanical properties and electronic transport // Physical Review Letter, vol. 76, iss. 14, pp. 2302-2305 (1996).

. Shanenko A. A., Croitoru M. D., Zgirski M., Peeters F. M., Arutyunov K. Yu. Size-dependent enhancement of superconductivity in Al and Sn nanowires: Shape-resonance effect // Physical Review B, 74, 052502 (2006).

. Lehtinen J. S., Zakharov K., Arutyunov K. Yu. Coulumb Blockade and Bloch Oscillations in Superconducting Ti Nanowires // Physical Review Letters, 109, 187001 (2012).

. Farhangfar S. Quantum size effects in solitary wires of bismuth // Phys. Rev. B 76, 205437-1 - 205437-4(2007).

. M. Zgirski, K.-P. Riikonen, V. Touboltsev, and K. Arutyunov "Size Dependent Breakdown of Superconductivity in Ultranarrow Nanowires", Nano Letters, 5, 1029 (2005).

. Arutyunov K., Zgirski M., Riikonen K.-P., Jalkanen P. Quantum limitations of electron transport in ultra-narrow nanowires // IREPHY, vol. 1, № 1, pp. 28-32 (2007).

. M. Savolainen, V. Touboltsev, P. Koppinen, K.-P. Riikonen and K. Yu. Arutyunov, "Ion beam sputtering method for progressive reduction of nanostructures dimensions", Appl. Phys. A 79, 1769-1773, (2004).

. Арутюнов К.Ю. Квантовые размерные эффекты в металлических наноструктурах // Доклады АН ВШ РФ, № 3, стр. 7-16 (2015).

33. McClure, J. W. and Choi, K. H. Energy band model and properties of electrons in bismuth // Solid State Comm. 21, 1015-1018 (1977).

. Lax, B. and Mavroides, J. G Solid State Physics: Academic Press, New York, 1960.

. Zhang, Z., et. al. Electronic transport properties of single-crystal bismuth nanowire arrays // Phys. Rev. B 61,4850-4861 (2000).

. Sedov E. A., Riikonen K. -P., Arutyunov K. Yu. Quantum size phenomena in single-crystalline bismuth nanostructures // npj Quantum Materials, 2:18 (2017).

. Lutski, V. N. Quantum Size Effects - Present State and Perspectives of Experimental investigations // Phys.Stat. Sol. 1, 199-220 (1970).