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 – Published on February 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).