Проявление зонной структуры в туннельных характеристиках материалов с малыми энергиями Ферми

Abstract

Исследовано идеальное поведение туннельных характеристик контактов металл—изолятор— металл, у которых фермиевские энергии электродов не превышают 1,5–2,0 эВ. Показано, что в этом случае, вопреки общепринятым положениям электронной туннельной спектроскопии, зонная структура электродов оказывает существенное влияние на туннельные характеристики. Так, зависимость дифференциальной туннельной проводимости σ(V), рассчитанная для симметричного прямоугольного барьера, асимметрична. Кроме того, при напряжении смещения eV, равном разнице фермиевских энергий электродов, наблюдается скачок проводимости, не чувствительный к температурному размытию. Показано, что соответствующая скачку особенность во второй производной тока по напряжению может проявляться даже в случае традиционных металлических электродов с энергиями Ферми порядка нескольких электрон-вольт.

Досліджено ідеальне поводження тунельних характеристик контактів метал—ізолятор—метал, у яких ферміївські енергії електродів не перевищують 1,5–2,0 еВ. Показано, що в цьому випадку, всупереч загальноприйнятим положенням електронної тунельної спектроскопії, зонна структура електродів має суттєвий вплив на тунельні характеристики. Так, залежність диференц ійної тунельної провідності σ(V), яка розрахована для симетричного прямокутного бар‘єру, асиметрична. Крім того, при напрузі зміщення eV, що дорівнює різниці ферміївських енергій електродів, спостерігається стрибок провідності, не чутливий до температурного размиття. Показано, що відповідна стрибку особливість у другій похідній струму по напрузі може виявлятися навіть у випадку традиційних металевих електродів з енергіями Фермі порядка декілька електрон-вольт.

The ideal behavior of tunnel characteristics of metal—insulator—metal junctions in which the electrode Fermi energies are less than 1.5–2.0 eV has been studied. It is shown that in this case the electrode band structure can radically alter the shape of the tunnel characteristics, contrary some generally accepted propositions of the electron tunnel spectroscopy. For example, the dependence of differential conductance on bias voltage calculated for a symmetrical rectangular barrier is asymmetrical. Moreover, there occurs a conductance jump when bias voltage eV is equal to the difference of the electrode Fermi energies. A distinctive property of the jump is its insensibility to the temperature smearing. The correspondent singularity in the second derivative of tunnel current with respective to the bias voltage is shown be remarkable even in the case where the Fermi energies of metal electrodes are about several electron-volts.