В.Я. ПОКРОВСКИЙ, С.Г. ЗЫБЦЕВ, А.П. КУЗНЕЦОВ¹

Институт радиотехники и электроники РАН

¹Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ДЕФОРМАЦИЯ КВАЗИОДНОМЕРНЫХ ПРОВОДНИКОВ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

И МЕТОДИКИ ЕЁ ИССЛЕДОВАНИЯ
Предлагается краткий обзор эффектов, в которых проявляется взаимодействие волны зарядовой плотности (ВЗП) – сверхрешётки в квазиодномерных проводниках (КОП) – с исходной решёткой: снижение модулей Юнга и сдвига при скольжении ВЗП, а также деформации кристалла, возникающей при деформации ВЗП. Рассказывается об исследованиях удлинения и кручения образцов и применяемых при этом методиках.
Волны зарядовой плотности в квазиодномерных проводниках [1] можно уподобить трёхмерному электронному кристаллу, формирующемуся в результате периодической деформации исходной решётки. Этот электронный кристалл, образующийся ниже температуры пайерлсовского перехода T_P, может деформироваться, ломаться и двигаться во внешнем электрическом поле.

Недавно стало выясняться, что внутренние степени свободы ВЗП сказываются и на механических свойствах образцов КОП, что, вообще говоря, достаточно неожиданно: простая одномерная модель не может объяснить взаимодействие ВЗП с решёткой. При движении ВЗП в электрических полях, превышающих пороговое, происходит снижение модуля Юнга и сдвига [2]. Так, в TaS₃ (T_P = 220 К) снижение модуля Юнга достигает 4%, а сдвига – 30% (!).

Позже было обнаружено и «обратное» действие: деформация ВЗП приводит к изменению размеров и формы кристалла [3, 4]. Эти эффекты исследуются в последние годы в ИРЭ РАН совместно с МИФИ и др. организациями. Обнаружено, что длина нитевидных образцов – вискеров – TaS₃ зависит от температурной и электрической предыстории. Термоциклированием или воздействием поля можно изменять длину образца в пределах до 510^-5 [4]. Обнаружено также, что в поле возникает также деформация кручения образца, причём угол поворота свободного конца достигает нескольких градусов для вискеров длиной 3 мм.

Поскольку характерные напряжения составляют десятки или сотни мВ, образцы квазиодномерных проводников (КОП) на 4–5 порядков превосходят по эффективности пьезоэлектрики с рекордными пьезомодулями. Характерные поперечные размеры вискеров КОП составляют микроны или доли мкм. Поэтому они являются перспективными элементами (актюаторами) для микро- и наномеханических систем.

При исследовании удлинения и кручения вискеров разработан ряд оригинальных методик, в том числе оптических. Для исследования удлинения нитевидных образцов применена оригинальная интерференционная методика исследования [5]. Исследование кручения проводилось с помощью методики в основу которой положен шлирен-метод, широко используемый для визуализации оптических фазовых неоднородностей. Лазерный пучок, отраженный от исследуемого образца, попадает в приемный объектив в фокальной плоскости которого установлена ножевая диафрагма (knife edge), перекрывающий половину Фурье-плоскости. Пространственный спектр пучка фильтруется, после чего с помощью второй линзы (визуализирующего объектива) осуществляется обратное преобразование Фурье. Меняющееся распределение интенсивности света может быть зарегистрировано с помощью малоинерционного фотодетектора. Разработанная методика позволяет проводить измерение малых углов поворота (<< 1 угл. град.) с высоким временным разрешением.

Работа выполнена при поддержке МНТЦ (3201), РФФИ (проекты 04-02-16509 и 05-02-17578), программы «Новые материалы и структуры» (No 4.21) и президиума РАН, в рамках Совместной лаборатории CNRS-РАН-РФФИ``Физические свойства когерентных электронных состояний в твёрдом теле'', включающей CRTBT и ИРЭ.

Список литературы
1. G.-Gruener, Density Waves in Solids (Addison--Wesley, Reading, 1994). P.Monceau in: Electronic Properties of Inorganic Quasi-one-dimensional Conductors, Part 2. Ed. by P. Monceau. Dortrecht: D.Reidel Publ. Comp. 1985.

2.  Brill J.W., in Handbook of Elastic Properties of Solids, Liquids, and Gases, edited by M. Levy, H. E. Bass, and R. R. Stern (Academic Press, New York, 2001). Vol. II. Рp.143-162.

3.  Hoen S., Burk B., Zett l A., Inui M. Phys. Rev. B. 46. 1874 (1992).

4.  Golovnya A.V., Pokrovskii V.Ya., Shadrin P.M. Phys. Rev. Lett. 88. 246401 (2002).

5.  Golovnya A.V. and Pokrovskii V.Ya. Rev. Scientific Instr. 74 (2003) 4418.