Анотація до роботи:

Бомзе Ю. В. Структура та надпровідність напівпровідних гетероструктур халькогенидів свинцю, олова та рідкісноземельних металів – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України, Харків, 2005 р.

У представленій роботі досліджені надпровідні та структурні властивості напівпровідникових гетероструктур, які складаються з халькогенидів свинцю, олова та рідкісноземельних металів: PbTe/PbS, PbTe/SnTe, PbSe/EuS, PbS/PbSe, PbTe/PbSe, PbS/YbS, PbTe/YbS, YbS/YbSe, YbS/EuS. Усі ці гетероструктури є тривимірними епітаксіальними надґратками. Модуляція фізичних характеристик у перпендикулярному до шарів напрямку забезпечується безпосередньо шаруватістю гетеросистем, а модуляція в площині шарів відбувається через наявність на поверхнях поділу між двома ізоморфними шарами регулярних сіток крайових дислокацій невідповідності.

Гетероструктури, що мають у своєму складі вузькощілинні напівпровідники (PbTe, PbS, PbSe, SnTe), мають металевий тип залежності опору від температури та переходять у надпровідний стан з T_c=2,56,52 K. У гетероструктурах PbSe/EuS, PbS/PbSe, PbTe/PbSe, PbS/YbS та PbTe/YbS надпровідність винайдена вперше. Гетероструктури, що складаються лише з широкощілинних напівпровідників (YbS, YbSe, EuS), мають напівпровідний тип залежності опору від температури та не переходять у надпровідний стан. Дослідження гетеросистеми PbTe/PbS показало, що повний перехід у надпровідний стан мають лише зразки із суцільними дислокаційними сітками, а надпровідними шарами є міжфазні границі, що містять ці сітки.

Проведены расчеты в рамках анизотропной теории упругости, с учетом разности упругих констант в полупроводниковых слоях, и показано

Виконані розрахунки у рамках анізотропної теорії пружності, з урахуванням різниці пружних констант у напівпровідникових шарах, і показано, що під впливом пружних деформацій, створюваних дислокаційними сітками, в напівпровідникових шарах системи PbTe/PbS відбувається інверсія валентної зони і зони провідності поблизу міжфазної границі, що веде до її металізації. Область металізації може мати вид або сітки, період якої збігає з періодом дислокаційної сітки, або масиву острівців, що лежать у центрах осередків дислокаційної сітки.

Кореляція між появою надпровідності і наявністю дислокаційних сіток у системі PbTe/PbS, локалізація надпровідних шарів в області міжфазних границь у цій системі та відсутність надпровідності в гетероструктурах, що складаються з широкощілинних напівпровідників, дозволяє зробити твердження, що вперше доказана наявність діслокаційно-індуцированої надпровідності.

1. Дослідження надпровідних властивостей гетеросистеми PbTe/PbS показали, що для повного резистивного переходу у надпровідний стан необхідна наявність на міжфазних границях суцільних сіток дислокацій невідповідності.

2. Аналіз критичних полів для симетричних надґраток гетеросистеми PbTe/PbS показав, що надпровідними шарами є міжфазні границі, що містять суцільні сітки дислокацій невідповідності.

3. Вперше досліджено сім напівпровідникових гетероструктур: PbSe/EuS, PbS/PbSe, PbTe/PbSe, PbS/YbS, PbTe/YbS, YbS/YbSe, YbS/EuS. У п'ятьох з них уперше виявлена надпровідність: PbSe/EuS, PbS/PbSe, PbTe/PbSe, PbS/YbS, PbTe/YbS. Це дозволило істотно розширити клас напівпровідникових надґраток, що володіють надпровідними властивостями, і установити причину появи надпровідності в таких системах.

4. Встановлено, що температура переходу у надпровідний стан залежить від періоду дислокаційної сітки, що має визначене значення для кожної напівпровідникової гетероструктури. Критична температура росте зі зменшенням періоду дислокаційної сітки.

5. Усі надпровідні гетероструктури задовольняють трьом умовам: наявність суцільних сіток дислокацій невідповідності на міжфазних границях; металевий тип залежності опору від температури; наявність у складі композиції вузькощілинного напівпровідника.

6. Розрахунок пружних деформацій показав, що поблизу межфазної границі в вузькощілинному напівпровіднику під їх впливом відбувається перекриття дна зони провідності і стелі валентної зони, що приводить до металізації деякої частини приграничного простору. Область, у якій відбувається це перекриття, має складну геометрію через неоднорідність пружних деформацій. У напівпровіднику з меншим параметром кристалічної ґратки область металізації має вигляд квадратної сітки, період якої збігає з періодом дислокаційної сітки. У напівпровіднику з більшим параметром кристалічної ґратки область металізації має вигляд острівців, що лежать у центрах осередків дислокаційної сітки.

Список використаних джерел:

1. A. Ulman. Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers// Chem. Rev. – 1996. – Vol. 96. – P. 1533-1554.

2. P. G. Collins, H. Bando and A. Zetti. Nanoscale electronic devices on carbon nanotubes// Nanotechnology – 1998. – Vol. 9, № 3. – P. 153-157.

3. S. J. Tans, M. H. Devoret, H. Dai, A. Thess, R. E. Smalley, L. J. Georliga and C. Dekker. Individual single-wall carbon nanotubes as quantum wires// Nature – 1997. – Vol. 386. – P. 474-477.

4. H. Park, J. Park, A. K. L. Lim, E. H. Anderson, A. P. Alivisatos and P. L. McEuen. Nanomechanical oscillations in a single-C₆₀ transistor// Nature – 2000. – Vol. 407. – P. 57-60.

5. A. Erbe, C. Weiss, W. Zwerger and R. H. Blick. Nanomechanical Resonator Shuttling Single Electrons at Radio Frequencies// Phys. Rev. Lett. – 2001. – Vol. 87, № 9. – P. 96106.

6. V. M. Kosevitch and L. S. Palatnik. Electron microscopic images of dislocations and stacking faults. M.: Nauka 1976.

7. K. Murase, S. Ishida, S. Takaoka, T. Okumura, H. Fujiyasu, A. Ishida and M. Aoki. Superconducting behavior in PbTe-SnTe superlattices// Surface Science – 1986. – Vol. 170, № 1-2. – P. 486-490.

8. О. А. Миронов, Б. А. Савицкий, А. Ю. Сипатов, А. И. Федоренко, А. Н. Чиркин, С. В. Чистяков и Л. П. Шпаковская. Сверхпроводимость полупроводниковых сверхрешеток на основе халькогенидов свинца// Письма в ЖЭТФ – 1988. – Т. 48, № 2. – С. 100-106.

9. О. А. Миронов, С. В. Чистяков, И. Ю. Скрылев, В. В. Зорченко, Б. А. Савицкий, А. Ю. Сипатов и А. И. Федоренко. Локализация параметра порядка на сетке дислокаций несоответствия сверхпроводящих сверхрешеток PbTe-PbS// Письма в ЖЭТФ – 1989. – Т. 50, № 6. – С. 300-334.

10. R. A. Hein, J. W. Gibson, R. S. Alldaier, B. B. Houston, R. L. Mazelsky and R. C. Miller. Superconductivity in the Sn_1-xTe// Low Temperature Physics Conference – LT9. New York – 1965. – P. 604-606.

11. D. Agassi and T. K. Chu. Strain-induced superconductivity in lead salt superlattices// Phys. Stat. Sol. (b) – 1990. – Vol. 160, № 2. – P. 601-611.

12. Kamerling Onnes H// Leiden Comm. – 1911. – Vol. 122b. – P. 124.

13. R. A. Hein, J. W. Gibson, R. L. Mazelsky, R. C. Miller and J. K. Hulm. Superconductivity in germanium telluride// Phys. Rev. Lett. – 1964. – Vol. 12, № 12. – P. 320-322.

14. J. F. Shooley, W. R. Hosler and M. L. Cohen. Superconductivity in semiconducting SrTiO₃// Phys. Rev. Lett. – 1964. – Vol. 12, № 17. – P. 474-475.

15. H. P. R. Frederiske, J. F. Schooley, W. R. Thunder, E. Pfeiffer and W. R. Hosler. Superconductivity in ceramic, mixed titanates// Phys. Rev. Lett. – 1966. – Vol. 16, № 13. – P. 579-581.

16. D. U. Gubser and R. A. Hein. Superconducting properties of Pb_xSn_1xTe// Sol. St. Comm. – 1974. – Vol. 15, № 6. – P. 1039-1042.

17. И. А. Черник и С. Н. Лыков. Объемная сверхпроводимость в легированном теллуриде свинца при 1,4 К// ФТТ – 1981. – Т. 23. – P. 1400-1406.

18. Л. А. Пастур и А. М. Косевич. Теория дислокаций: В 4 ч.: Препр./ АН Украины. Физико-технический ин-т. –Х., 1962. – Ч. 2: Некоторые задачи теории статических дислокаций. – 53 с.

19. A. Gurevich and E. A. Pashitskii. Enhancement of superconductivity at structural defects in high-temperature superconductors // Phys. Rev. B – 1997. – Vol. 56, № 10. – P. 6213-6225.