Locura de culombio

El arrastre de Coulomb ( eng. Coulomb drag ) es el proceso de interacción de cargas espacialmente separadas a través de la interacción de Coulomb . Se manifiesta en estructuras de dos capas con capas de metal separadas por un túnel -aislante opaco, cuando la corriente que fluye en una de las capas crea una corriente en la otra capa con un circuito eléctrico cerrado en esta capa o un voltaje con un circuito abierto [1] . El efecto fue predicho teóricamente en el trabajo del científico soviético M. B. Pogrebinsky [2] .

La esencia del fenómeno

Considere dos conductores separados por un material no conductor. (En el caso de una heteroestructura formada por GaAs - pozos cuánticos separados por una barrera en forma de AlAs ). La corriente de túnel entre pozos cuánticos a bajas temperaturas está ausente en dicha estructura debido a una capa aislante bastante gruesa (AlAs). Sin embargo, el campo eléctrico de los portadores de carga en una capa puede afectar a los portadores de corriente en la segunda capa. Resulta que cuando la corriente fluye en una capa, llamada capa activa , los portadores de carga de la segunda capa, respectivamente, pasiva , experimentan arrastre . En este caso, el impulso y la energía de los portadores de la capa activa pueden transferirse a la capa pasiva y crear una corriente cuando el circuito está cerrado o un voltaje que impide el flujo de corriente cuando el circuito está abierto. Esto, en particular, conduce a una resistencia eléctrica adicional en la capa activa debido a la fricción [1] . Luego, el arrastre de Coulomb puede brindar información sobre los detalles de la interacción electrón-electrón en diferentes capas del semiconductor.

Para describir la interacción entre capas, se introduce la siguiente característica ( resistencia al arrastre )

R_{D}=-{\frac{V_{2}}{I_{1}}}

donde V 2 es el voltaje medido en la capa pasiva, I 1 es la corriente de la capa activa.

Modelo fenomenológico

Pogrebinsky consideró la interacción de dos capas conductoras en el modelo de Drude [3] .

{\frac {d{\textbf {v}}_{1}}{dt}}={\frac {e}{m_{1}}}{\textbf {E}}_{1}+ {\frac {e}{m_{1}}}[{\textbf {v}}_{1}\times {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{1 }}{\tau _{1}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{1}-{\textbf {v}}_{2}}{\tau _{D}}}

{\frac {d{\textbf {v}}_{2}}{dt}}={\frac {e}{m_{2}}}{\textbf {E}}_{2}+ {\frac {e}{m_{2}}}[{\textbf {v}}_{2}\times {\textbf {B}}]-{\frac {{\textbf {v}}_{2 }}{\tau _{2}}}-{\frac {{\textbf {v}}_{2}-{\textbf {v}}_{1}}{\tau _{D}}}

donde e es la carga del electrón, v i , m i , E i , τ i son la velocidad de deriva, la masa efectiva, el campo eléctrico y el tiempo de relajación del impulso para las partículas en la capa i, respectivamente. El primer término describe la fuerza de Coulomb, el segundo describe la fuerza de Lorentz, el tercero describe el amortiguamiento y el último es responsable de la interacción entre las capas con el correspondiente tiempo de arrastre τ D . Con poca interacción entre las capas, cuando τ D >>τ i , el transporte es completamente independiente en las dos capas y la teoría de Drude da las expresiones usuales para el tensor de resistencia (ver magnetorresistencia ). En otro caso límite de interacción fuerte o conductores ideales, cuando τ D <<τ i , el tensor de resistencia está determinado por la interacción entre las capas y se crea una situación de arrastre ideal . En el caso intermedio, debe introducir el tensor habitual , donde los índices i, j se refieren a diferentes capas conductoras, y los índices griegos α, β determinan los componentes espaciales. Entonces para los componentes del tensor de resistencia [3] ${\ estilo de visualización \ rho _ {\ alfa \ beta} ^ {(ij)})$

{\displaystyle \rho _{xx}^{(12)}=-{\frac {m_{2}}{e^{2}n_{1}\tau _{D))))

\rho _{xx}^{(11)}={\frac {m_{1}}{e^{2}n_{1}}}\left({\frac {1}{\tau _ {1}}}+{\frac {1}{\tau _{D}}}\right)

{\displaystyle \rho _{yx}^{(11)}={\frac {B}{en_{1))))

Tenga en cuenta que no hay resistencia de Hall y solo la componente longitudinal del tensor de resistencia contribuye a la resistencia de Coulomb, y en este modelo no depende del campo magnético.

Enlaces

↑ 1 2 Narozhny, 2016 , pág. 2.
↑ Pogrebinskii, MB Arrastre mutuo de portadores en un sistema semiconductor-aislante-semiconductor // Sov . física Semicon.. - 1977. - Vol. 11 _ — Pág. 372 .
↑ 1 2 Narozhny, 2016 , pág. cuatro

Literatura

BN Narozhny, A. Levchenko. Coulomb drag (inglés) // Rev. Modificación. Fis.. - 2016. - Vol. 88 . — Pág. 025003 . -doi : 10.1103 / RevModPhys.88.025003 .