Эффект Гуржи

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффект Гуржи
Изображение
Названо в честь Гуржи Радий Николаевич
Дата открытия 1963
Описывающая закон или теорему формула
Показаны разные режимы транспорта зарядов. Голубой круг — это электрон, движущийся в проводнике шириной d. Красные звезды соответствуют столкновениям с потерей полного импульса электрона. .

Эффект Гуржи был теоретически предсказан[1][2] Радием Николаевичем Гуржи в 1963 году. Он заключается в уменьшении электрического сопротивления проводника конечных размеров с повышением его температуры (то есть ситуация для определённого температурного интервала). Эффект Гуржи обычно рассматривается как доказательство гидродинамического транспорта[3][4][5][6][7][8] в проводящих средах.

Механизм эффекта Гуржи следующий: Величина сопротивления проводника обратна  — средняя длина свободного пробега, соответствующая потере импульса в системе электронов.

где  — среднее расстояние, которое проходит электрон между двумя последовательными взаимодействиями с границей,  — средняя длина свободного пробега, отвечающая другим возможностям потери импульса. Отражение электронов от границы считается диффузным.

При низких температурах реализуется баллистический транспорт: , , где  — ширина проводника,  — средняя длина свободного пробега, соответствующая нормальным электрон — электронным столкновениям (то есть столкновениям без процессов переброса импульса). При низких температурах фонон, излучаемый электроном, быстро взаимодействует с другим электроном без потери суммарного импульса электрон — фононной системы. , где  — средняя длина свободного пробега, соответствующая электрон — фононным столкновениям. Также предполагается . Таким образом, сопротивление для самых низких температур является постоянным (см. рисунок). Эффект Гуржи появляется при повышении температуры, когда длина пробега относительно электрон — электронных столкновений становится достаточно малой . В этом режиме диффузионную длину пробега электронов между двумя последовательными взаимодействиями с границей можно рассматривать, как свободный пробег относительно потери импульса. Пользуясь известными формулами броуновского движения, легко показать, что длина траектории между двумя столкновениями с границей порядка , а сопротивление пропорционально . Таким образом, имеем отрицательную производную . Эффект Гуржи можно наблюдать при .

Эффект Гуржи отвечает необычной ситуации, когда электрическое сопротивление зависит от частоты нормальных столкновений. Этот эффект возникает из-за наличия границ образца, имеющего конечный характерный размер . Позже группа Гуржи обнаружила особую роль гидродинамики электронов в спиновом транспорте.[9][10] В этом случае магнитная неоднородность играет роль «границы» со спин — диффузионной длиной,[11] как характерным размером вместо , как раньше. Эта магнитная неоднородность останавливает электроны одного направления и становится эффективным рассеивателем для электронов с противоположным спином. В этом случае магнетосопротивление проводника зависит от частоты нормальных электрон — электронных столкновений, а также от эффекта Гуржи.

Ссылки[править | править код]

  1. Gurzhi, R. N. (1963). “Minimum of resistance in impurity-free conductors”. J Exp Theor Phys. 17: 521.
  2. Gurzhi, R. N. (1968). “HYDRODYNAMIC EFFECTS IN SOLIDS AT LOW TEMPERATURE”. Soviet Physics Uspekhi. 11 (2): 255—270. DOI:10.1070/PU1968v011n02ABEH003815.
  3. Yu, Z. -Z.; Haerle, M.; Zwart, J. W.; Bass, J.; Pratt, W. P.; Schroeder, P. A. (1984). “Negative Temperature Derivative of Resistivity in Thin Potassium Samples: The Gurzhi Effect?”. Phys. Rev. Lett. 52 (5): 368—371. DOI:10.1103/PhysRevLett.52.368.
  4. de Jong, M. J. M.; Molenkamp, L. W. (1995). “Hydrodynamic electron flow in high-mobility wires”. Phys. Rev. B. 51 (19): 13389—13402. arXiv:cond-mat/9411067. DOI:10.1103/PhysRevB.51.13389.
  5. Alekseev, P. S. (2016). “Negative Magnetoresistance in Viscous Flow of Two-Dimensional Electrons”. Phys. Rev. Lett. 117 (16): 166601. arXiv:1603.04587. DOI:10.1103/PhysRevLett.117.166601.
  6. Narozhny, Boris N.; Gornyi, Igor V.; Mirlin, Alexander D.; Schmalian, Jörg (2017). “Hydrodynamic Approach to Electronic Transport in Graphene”. Annalen der Physik. 529: 1700043. DOI:10.1002/andp.201700043.
  7. Moll, Philip J. W.; Kushwaha, Pallavi; Nandi, Nabhanila; Schmidt, Burkhard; Mackenzie, Andrew P. (2016). “Evidence for hydrodynamic electron flow in PdCoO2”. Science. 351: 1061—1064. DOI:10.1126/science.aac8385.
  8. Scaffidi, Thomas; Nandi, Nabhanila; Schmidt, Burkhard; Mackenzie, Andrew P.; Moore, Joel E. (2017). “Hydrodynamic Electron Flow and Hall Viscosity”. Phys. Rev. Lett. 118 (22): 226601. DOI:10.1103/PhysRevLett.118.226601.
  9. Gurzhi, R. N.; Kalinenko, A. N.; Kopeliovich, A. I.; Pyshkin, P. V.; Yanovsky, A. V. (2006). “Dynamics of a spin-polarized electron liquid: Spin oscillations with a low decay”. Phys. Rev. B. 73 (15): 153204. arXiv:1109.1872. DOI:10.1103/PhysRevB.73.153204.
  10. Gurzhi, R. N.; Kalinenko, A. N.; Kopeliovich, A. I.; Pyshkin, P. V.; Yanovsky, A. V. (2011). “Electrical resistance of spatially varying magnetic interfaces. The role of normal scattering”. Low Temperature Physics. 37: 149—156. arXiv:1109.0555. DOI:10.1063/1.3556662.
  11. Bass, J.; Pratt, W. P. (2007). “Spin-diffusion lengths in metals and alloys, and spin-flipping at metal/metal interfaces: an experimentalist's critical review”. Journal of Physics: Condensed Matter. 19: 183201. arXiv:cond-mat/0610085. DOI:10.1088/0953-8984/19/18/183201.