Conductance of a STM contact on the surface of a thin film * N.V. Khotkevych*, Yu.A. Kolesnichenko*, J.M. van Ruitenbeek** *Физико-технический институт низких температур им. Б.И.Веркина НАН **Kamerlingh Onnes Laboratorium, Universiteit Leiden

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) СТМ позволяет получать изображение проводящей поверхности в масштабе 0.1 нм Изображение атомов Cr на поверхности Fe (001)

Физические основы СТМ и СТС Туннельный ток при Т=0: Кондактанс туннельного контакта пропорционален плотности электронных состояний и вероятности туннелирования: СТМ СТС ?

Топографическое STM изображение островков Pb, выращенных на подложке Si(111) Германиевые нанонити, выращенные на кремниевой подложке Использование STM для изучения объектов малого размера

Квантовый размерный эффект и СTM Honbin et al, Appl. Phys. Lett., 2002 Altfeder et al, PRL, 1997

Цель работы: найти вольт - амперную характеристику точеного контакта между массивным проводником и квантовой пленкой Два направления в теории СТМ Численные расчеты, учитывающие кристаллическую структуру образца и контакта Приближение свободных электронов

Туннельный и металлический контакты металлический контакт туннельный контакт

Вольт-амперная характеристика и кондактанс контакта Полный ток через контакт Плотность потока прошедших контакт электронов Дифференциальный кондактанс

Модель и основные уравнения Туннельный контакт Кулик, Омельянчук, Мицай, ЖЭТФ, 1974 Потенциальный барьер

Решение уравнения Шредингера (туннельный контакт) Граничные условия непрерывность скачок производной Нулевое приближение: непроницаемая перегородка Решение в виде разложения по 1/U 0 - падающая и отраженная волны - прошедшая волна

Волновая функция прошедших электронов Квадрат модуля волновой функции для прошедших в пленку электронов

Модель и основные уравнения ( металлический контакт) Ицкович, Шехтер, ФНТ, 1985

Волновая функция прошедших электронов

Дифференциальная проводимость G=dI/dV при V=0 и T=0 плотность состояний в изолированной пленке число уровней размерного квантования под поверхностью Ферми

Дифференциальная проводимость G(V)=dI/dV при T=0 Туннельный режим Контактный режим

Дифференциальная проводимость G=dI/dV

eV>0 -> туннелирование в пленку Если то электрон может туннелировать в любую из подзон. При становится возможным тунеллирование в N F +1 – ю подзону размерного квантования. Зависимость дифференциальной проводимости от напряжения G(V) испытывает положительный скачок. Такие скачки повторяются при увеличении eV для следующих уровней размерного квантования, лежащих выше.

При eV

Заключение Теоретически исследована дифференциальная проводимость контакта, радиус которого намного меньше фермиевской длины волны, расположенного на поверхности квантовой пленки. Рассмотрены контакт с потенциальным барьером малой прозрачности, и контакт без барьера. В рамках модели получены выражения для туннельного тока и дифференциальной проводимости такой системы. Кондактанс контакта не пропорционален плотности состояний изолированной пленки. Результат не зависит от амплитуды барьера в плоскости контакта и определяется «микроконтактной природой» сопротивления. Расстояние между соседними скачками G(V) по шкале напряжения равно расстоянию между соседними энергетическими уровнями размерного квантования. Зависимость G(V) для различных знаков напряжения позволяет изучать уровни как ниже, так и выше уровня Ферми.

Спасибо за внимание