无序体系电子跳跃导电机理研究

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针对现有无序体系电子输运理论的不足,考虑了电子和声子、外场的相互作用,建立了EPF(electron-phonon-field)电子隧穿电导模型,推导了一维无序体系新的直流、交流电导公式。通过大量的数值计算,系统地分析了无序体系的直流和交流电导特性。就无序度、温度、外加电场、体系格点数等物理量对直流、交流电导的影响进行了详细的讨论。计算结果表明,无序体系在低温区出现了负微分电阻特性,电导率有极大值存在,极大值对应的温度随体系的不同而改变。在极大值对应温度以下的低温区,电导率随温度的升高而变大;而在其以上的高温区,电导率又随温度的上升而下降。无序体系直流电导率随外场的变化而变化,电导率—电压变化曲线中可能出现一系列的峰值或台阶,这与电子发生共振隧穿有关。交流电导率随外场频率的增加而近似线性的增大。无序度不同,电导率—频率曲线的斜率不同。无序度较小时,电导率与频率更趋向于线性关系;无序度较大时,电导率曲线在高频区出现一些振荡。无序度对无序体系的电导影响明显:当外场电压或频率不太高时,在低温区,无序度越小,体系的电导率越大。在高温区,适当增大无序度,有利于电子共振隧穿条件的形成,提高体系的电导率。但是如果无序度过大,电导率又会变小。体系格点数也是影响无序体系电导的一个重要因素:对于直流电导,外场电压一定时,不同格点数体系的电导率曲线相交于一点。在相交点温度以下,格点数大的体系的直流电导率较大;而在相交点温度以上,情况相反。温度一定时,在低电压区,格点数大的体系的电导率明显大于格点数少的体系。但在高电压区,两者电导率相差很小:对于交流电导,外场频率一定时,交流电导随格点数的变化规律和直流电导类似。温度一定时,电导-频率曲线的斜率随体系格点数的不同而不同,格点数越小,斜率越大。 作为建立的无序体系电子跳跃电导理论的应用,研究了具有非周期性结构的纳米体系的hopping电导规律。建立了一维纳米随机链模型,选取两组不同的参数:晶界原子畸变参数D和晶粒尺寸参数S,研究了晶界原子畸变和晶粒尺寸等因素对纳米体系电导的影响。纳米体系同样出现了负微分电阻特性。直流电导率随外场电压的变化而变化,交流电导率随外场频率的增加而近似线性的增大。晶界原子畸变和晶粒尺寸对纳米体系的交流电导有重要的影响。纳米体系的电导率随晶界原子畸变程度的增加而减小,随着晶粒尺寸的增大而增大。
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