Атомы бора не только играют роль источников заряда, но и являются центрами рассеяния, обнаружили физики МПГУ. В Лаборатории квантовых детекторов Института физики, технологии и информационных систем МПГУ проведены исследования сверхпроводящих пленок алмаза, легированных бором и выращенных на алмазных подложках. Важным экспериментальным преимуществом по сравнению с предыдущими работами по изучению тонких пленок является отсутствие акустического рассогласования между пленкой и подложкой, и то, что единая фононная подсистема находится в равновесии при температуре термостата. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review (Relaxation of the resistive superconducting state in boron-doped diamond films, A. Kardakova, A. Shishkin, A. Semenov, G. N. Goltsman, S. Ryabchun, T. M. Klapwijk, J. Bousquet, D. Eon, B. Sacépé, Th. Klein, and E. Bustarret, Phys. Rev. B 93, 064506, 2016).

Сверхпроводимость в алмазе была впервые обнаружена Екимовым [1] в кристаллических образцах и Бустаре [2] в поли-кристаллических тонких пленках. При низких концентрациях бора материал обнаруживает полупроводниковые свойства. Если же концентрация легирующей примеси превышает критическое значение, материал проходит через переход диэлектрик-металл и обнаруживает металлические свойства. При определенной концентрации бора наблюдается сверхпроводимость.

Теперь российские ученые провели исследование процессов энергетической релаксации в пленках алмаза, легированного бором. Температурная зависимость времени электрон-фононного взаимодействия указывает на то, что атомы бора играют не только роль источников носителей заряда, но также являются центрами рассеяния.

Результаты исследования указывают на рассеяние носителей заряда на примесных атомах с массой, отличной от массы атомов кристаллической решетки. Кроме того, мы обнаружили расходимость времени релаксации по обе стороны от критической температуры.

Взаимодействие электронов с кристаллической решеткой (электрон-фононное взаимодействие) хорошо описывается в чистых объемных металлах, и соответствующая теория давно вошла в стандартные учебники по физике твердого тела. В таком же виде это взаимодействие входит и в теорию сверхпроводимости, в том числе неравновесной, где время энергетической релаксации является решающим параметром в приложениях, основанных на эффекте электронного разогрева. На практике используется обычные металлы или сверхпроводниковые тонкие пленки, в которых основным механизмом рассеяния носителей заряда является рассеяние на примесях.

  1. E. A. Ekimov, V. A. Sidorov, E. D. Bauer, N. N. Mel‘nik, N. J. Curro, J. D. Thompson, and S. M. Stishov, Nature 428, 542 (2004).

  2. E. Bustarret, J. Kacmarcik, C. Marcenat, E. Gheeraert, C. Cytermann, J. Marcus, and T. Klein, Phys. Rev. Lett. 93, 237005 (2004).