• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Статья

Квантовый размерный эффект в сверхпроводниках

В середине прошлого века было продемонстрировано, что с уменьшением размеров

сверхпроводящих структур, например, толщины тонкой плёнки, её критическая температура Тс

сдвигается на некоторую величину. В алюминии, олове и индии она увеличивается, а в ртути, ниобии

и свинце она уменьшается. Тем не менее, общепринятой теории, объясняющей данный эффект до

настоящего времени нет. В 70-х годах, во время самого большого объёма исследований по данной

тематике, В.Л. Гинзбург сделал предположение, что температура перехода достаточно чистой,

моноатомной плёнки сверхпроводника будет точно такой же, как и в объёмном теле. Однако, данное

предположение так и не было проверено, и вопрос о природе этого эффекта всё ещё остаётся

открытым. Для исследования был выбран алюминий, в связи с тем, что зависимость Tс пленки от ее

толщины весьма предсказуема, и увеличивается с уменьшением размеров. Несмотря на некоторое

количество работ по изучению этой зависимости в алюминии, не всегда удаётся точно установить

соответствие с теорией. Это связано с тем, что характеристики варьируются от образца к образцу,

изготовленных даже в одной партии. В нашем случае были изготовлены поликристаллические

плёнки, размеры кристаллитов в которых сопоставимы с толщиной плёнки и эпитаксиальные

образцы с атомарно гладкой поверхностью. Плёнки были изготовлены методами электронно-

лучевого напыления и молекулярно-лучевой эпитаксии на различные подложки. В рамках модели

БКШ критическая температура сверхпроводящего перехода экспоненциально зависит от плотности

электронных состояний на уровне Ферми N(EF) и константы электрон-фононного взаимодействия V:

TC ~ exp(-1/N(EF))*V. В работе показано, что за счет КРЭ в тонких сверхпроводящих пленках оба

параметра N(EF) и V немонотонным образом меняются с толщиной образца. Такое поведение

является следствием теории резонанса формы. Предположительно, эффект, оказываемый

разупорядоченностью кристаллитов, а также поверхностью или подложкой, не имеет доминирующей

роли конкретно в нашем случае, так как плёнки алюминия имеют высокое качество, а их толщины

выходят далеко за пределы сверхтонких объектов, в которых поверхностные явления начинают

играть решающую роль. В результате проделанного исследования была получены

экспериментальные и теоретическая зависимость TC от толщины плёнок, изготовленных разными

способами на разных подложках.