Туннелирование через локализованные барьерные состояния в сверхпроводниковых гетероструктурах

Abstract

Созданы и экспериментально исследованы тонкопленочные гетероструктуры, состоящие из сверхпроводниковых обкладок (сплав молибдена с рением) и допированного вольфрамом наноразмерного слоя кремния. В интервале напряжений от –800 до 800 мВ и при температурах 4,2–8 К были измерены вольт-амперные характеристики таких переходов, на которых впервые наблюдались локальные максимумы тока на фоне скачкообразного увеличения его величины. Положения этих особенностей, симметричных относительно нуля напряжений, менялись от образца к образцу в пределах 40–300 мВ. С ростом температуры они размывались и полностью пропадали с исчезновением сверхпроводимости в электродах. Природу наблюдаемых сингулярностей мы связываем с особенностями электронного туннелирования через локализованные в полупроводниковом барьере примесные состояния. Использование сверхпроводящего электрода усиливает взаимодействие локализованного электрона с электронами проводимости благодаря корневой расходимости в плотности электронных состояний сверхпроводника.

Створено та експериментально досліджено тонкоплівкові гетероструктури, що складаються з надпровідних обкладинок (сплав молібдену з ренієм) та допованого вольфрамом нанорозмірного шару кремнію. В інтервалі напруг від –800 до 800 мВ і при температурах 4,2–8 К було виміряно вольт-амперні характеристики таких переходів, на яких вперше спостерігалися локальні максимуми струму на тлі стрибкоподібного збільшення його величини. Положення цих особливостей, симетричних відносно нуля напруг, змінювалися від зразка до зразка в межах 40–300 мВ. Із зростанням температури вони розмивалися і повністю пропадали зі зникненням надпровідності в електродах. Природу сингулярностей, що спостерігалися, ми пов'язуємо з особливостями електронного тунелювання через локалізовані в напівпровідниковому бар'єрі домішкові стани. Використання надпровідного електрода підсилює взаємодію локалізованого електрона з електронами провідності завдяки кореневій розбіжності в щільності електрон- них станів надпровідника.

Thin film heterostructures composed of superconducting electrodes (molybdenum rhenium alloy) and a nanoscale silicon layer doped with tungsten, have been designed and experimentally studied. The current-voltage characteristics of junctions exhibiting local maxima of the current against the background of abrupt current increases for the first time, were measured in the voltage range of −800 to 800 mV, at temperatures of 4.2–8 K. The positions of these singularities, which are symmetrical with respect to zero voltage, varied from sample to sample within the range of 40–300 mV. With increasing temperature, they became blurred and completely vanished with the disappearance of superconductivity in the electrodes. The nature of the observed singularities is associated with the properties of electron tunneling through the impurity states localized in the semiconducting barrier. The use of a superconducting electrode enhances the interaction of the localized electron with the conduction electrons thanks to the root divergence in the density of electron states of a superconductor.