Универсальный характер туннельной проводимости гетероструктур металл-изолятор-металл с наноразмерными оксидными прослойками
М. А. Белоголовский$^{1}$, И. В. Бойло$^{1}$, В. Е. Шатерник$^{2}$
$^1$Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины, ул. Р. Люксембург, 72, 83114 Донецк, Украина
$^2$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
Получена: 22.02.2011. Скачать: PDF
Обсуждаются два универсальных эффекта в туннельных характеристиках слоистых структур металл—изолятор—металл, в которых диэлектрический барьер сформирован наноразмерной разупорядоченной плёнкой оксида: (1) универсальное распределение прозрачностей такого слоя, независящее от конкретных микроскопических характеристик, и (2) изменение дифференциальноий проводимости таких гетероструктур с напряжением по степенному закону с показателем степени, близким к 1,33. Приводятся экспериментальные результаты для сверхпроводящих трёх- и четырёхслойных структур с неоднородными туннельными барьерами, подтверждающие существование универсального распределения их прозрачностей, и его простая теоретическая интерпретация, основанная на гипотезе о равнораспределении произведения высоты барьера на путь, который электрон проходит внутри него. Показано, что с ростом толщины дефектного слоя изолятора доминирующим механизмом проводимости становится неупругое туннелирование с испусканием бозонных возбуждений, в результате чего зависимость дифференциальной проводимости от напряжения приобретает степенной характер с показателем степени, который характеризует число локализованных внутри барьера состояний, вовлечённых в процесс переноса заряда сквозь него. Показано, что для материалов с фононной плотностью состояний, которая слабо зависит от энергии, показатель степени 1,33 соответствует прыжковой туннельной проводимости с участием двух дефектных состояний. Детально обсуждаются соответствующие экспериментальные данные для разупорядоченных диэлектрических слоёв на поверхности манганитов.
Ключевые слова: туннельная проводимость, слоистые системы металл—изолятор—металл, наноразмерные диэлектрические слои, дефектная структура, универсальность.
PACS: 73.23.-b, 73.40.Gk, 73.40.Rw, 74.50.+r, 74.78.Na, 75.47.Lx, 85.25.Am
Citation: M. A. Belogolovskii, I. V. Boilo, and V. E. Shaternik, Universal Character of Tunnelling Conductance of Metal–Insulator–Metal Heterostructures with Nanosize Oxide Interlayers, Usp. Fiz. Met., 12, No. 2: 157—181 (2011) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.12.02.157