Kinetics of nonequilibrium electron-phonon system for semiconductors and metals in a strong electric field

Abstract

Formation of non-stationary nonequilibrium distribution functions (DF) of electrons and phonons is investigated under the action of a strong pulse electric field on metal. For concreteness parameters were taken for nickel having reference temperature of 20 K. It is shown: isotropization of electron DF occurs as a result of impacts with lattice imperfections; •electron DF does not become thermodynamically equilibrium as electron-electron impacts in the given situation give essentially smaller contribution than electron-phonon collisions and collisions with a "another's" subsystem do not result to thermalization; •DF of electrons and phonons have high energy "tails" as in electronphonon impacts the momentum is transferred with sufficiently small transfer of energy; a lot of phonons with Debye energy are being born, i.e. phonon DF is being enriched by Debye phonons.

Досліджено формування нестаціонарних нерівноважних функцій розподілу (ФР) електронів та фононів під дією сильного імпульсного електричного поля на метал. Для конкретності були взяті параметри для нікелю, що має спочатку температуру 20 K. Показано, що: •ізотропізація електронної ФР обумовлена зіткненнями з дефектами решітки; •електронна ФР не стає термодинамічно рівноважною, тому що електрон-електронні зіткнення в такій ситуації дають суттєво менший внесок, ніж електрон-фононні зіткнення, а зіткнення з «іншою» підсистемою не приводять до термалізації; •ФР електронів та фононів мають високоенергетичні «хвости», тому що в електрон-фононних зіткненнях передається імпульс з досить малою передачею енергії; •народжується багато фононів з дебаєвською енергією, тобто фононна ФР збагачена дебаєвськими фононами.

Исследовано формирование нестационарных неравновесных функций распределения (ФР) электронов и фононов под действием сильного импульсного электрического поля на металл. Для конкретности были взяты параметры для никеля, имеющего начальную температуру 20 K. Показано, что: •изотропизация электронной ФР обусловлена столкновениями с дефектами решетки; •электронная ФР не становится термодинамически равновесной, так как электрон-электронные столкновения в данной ситуации дают существенно меньший вклад, чем электрон-фононные соударения, а столкновения с «другой» подсистемой не приводят к термализации; •ФР электронов и фононов имеют высокоэнергетичные «хвосты», так как в электрон- фононных столкновениях передается импульс с достаточно малой передачей энергии; •рождается много фононов с дебаевской энергией, т.е. фононная ФР обогащена дебаевскими фононами.