Влияние физической адсорбции гелия на туннельные характеристики механически контролируемых изломных контактов

Abstract

При низкотемпературных измерениях обнаружено сильное отклонение от экспоненциальной зависимо­ сти туннельного тока iT от расстояния между электродами s механически контролируемых изломных кон­ тактов в газообразном ³Не, ⁴Не или жидком ⁴Не для различных материалов (Ag, Al, Au, Pb, Pt, Ptlr). Причиной наблюдаемого поведения lT(s) является понижение локальной плотности электронных состояний в металле при физической адсорбции гелия в результате поляризации электронов от уровня Ферми 1s- орбиталью Не, приводящей к замедлению роста туннельного тока при сближении свободного от адсорбата «острия» с «образцом». Дальнейшее уменьшение s сопровождается вытеснением гелия из пространства меж­ ду электродами и резким возрастанием iT- в результате быстрого восстановления плотности электронных состояний. При понижении температуры до 1,2 К в ⁴Не наблюдались двухуровневые флуктуации туннельно­ го сопротивления, обусловленные спонтанным переходом атома гелия между электродами, а также новый тип флуктуаций, связанный с поверхностной диффузией атомов гелия. Оба эффекта отсутствуют как в нормальной фазе ⁴Не, так и в ³Не. Обсуждаются возможные причины резкого увеличения подвижности атомов физически адсорбированного гелия с уменьшением температуры.

При низькотемпературних вимірюваннях виявлено сильне відхилення від експоненціальної залежності тунельного струму iT від відстані поміж электродами s в механічно контролюємих зламних контактах в газоподібному ³Не, ⁴Не або рідкому ⁴Не для різних матеріалів (Ag, Al, Au, Pb, Pt, Ptlr). Причиною спо­ стереженої поведінки lT(s) є зниження локальної густини електронних станів в металі при фізичній адсорбції гелія внаслідок поляризації електронів від рівня Фермі 1s-орбіталлю Не, що приводить до сповільнення росту тунельного струму при наближенні вільного від адсорбата «вістря» із «зразком». Подальше зменшення s супроводжується витісненням гелію із простору поміж електродами і різким зростанням lT- внаслідок швидко­ го відновлення густини електронних станів. При зниженні температури до 1,2 К в ⁴Не спостережено двох- рівневі флуктуації тунельного опору, обумовлені спонтанним переходом атома гелію поміж електродами, а також новий тип флуктуацій, пов’язаний з поверхневою дифузією атомів гелію. Обидва эфекти відсутні як в нормальній фазі ⁴Не, так і в ³Не. Обмірковуються можливі причини різкого збільшення рухливості атомів фізично адсорбованого гелію із зменшенням температури.

A strong deviation of tunnel current iT dependence on the distance s between electrodes of mechanically controllable break junctions from the exponential one was observed at low temperature measurements in ⁴He, ³He gas or liquid helium for various materials (Ag, Al, Au, Pb, Pt and Ptlr). The reason for observed behavior of lT(s) is decrease in the local density of states (LDOS) in the metal caused by physadsorbed helium due to polarizing of electrons away from the Fermi level by Is shell of lT(s) atom. It results in reduction of the tunnel current as the «bare» tip is brought close to the sample. The further decreasing of s is accompanied by expelling of helium from the tunneling space and steep rise of iT associated with restoration of LDOS. When measured at 1.2 K in ⁴He, two level fluctuations of the tunnel resistance due to a spontaneous transition of the atom between electrodes were observed as well as a new type of fluctuations caused by the surface diffusion of helium atoms. Both effects have been never seen in the normal phase of ⁴Не or ³Не. The possible reasons for the drastic increasing in physadsorbed atoms mobility at low T are discussed.