Переход от сильной к слабой локализации электронов в перколяционной пленке золота под влиянием электрического поля

Abstract

Исследована проводимость при низких температурах (0,5-55 К) несплошной пленки золота вблизи порога протекания. Обнаружено, что сопротивление пленки сильно зависит от величины приложенного напряжения U, изменением которого пленку можно обратимым образом переводить из диэлектрического в металлический режим проводимости. Это дало возможность изучать переход металл — изолятор путем изменения электрического поля. При низких U ≤ 0,05 В пленка вела себя как диэлектрик с сопротивлением «на квадрат» Rп до 10 МОм. В этом состоянии наблюдались зависимости R(T) ∝ ехр (1/Т) (при Т ≤ 20 К) и R(U) ∝ exp (1/U) (при Т ≤ 1 К и U > 0,1 В). При высоких напряжениях U ≈ 10 В) пленка имела сопротивление Rп ≈ 5 кОм и вела себя как «грязный» металл. Магнитосопротивление (МС) в металлическом режиме было положительным и соответствовало влиянию эффекта слабой локализации. В диэлектрическом режиме МС было отрицательным и описывалось выражением ΔR(H)/R(0) ∝ -H₂/T. Отрицательное МС проявилось в условиях электронных прыжков между ближайшими соседями. Такое поведение является необычным, а природа его до сих пор не объяснена. На основании полученных данных проведено обсуждение зависимостей сопротивления от температуры, напряжения и магнитного поля, а также общей природы наблюдаемого перехода металл — изолятор.

Досліджено провідність при низьких температурах (0,5-55 К) несуцільної золотої плівки поблизу порога протікання. Виявлено, що опір плівки дуже сильно залежить від величини прикладеної напруги U, зміною якої плівку можна оборотним способом переводити із діелектричного в металевий режим провідності. Це дало можливість вивчати перехід метал — ізолятор шляхом зміни електричного поля. При низьких U ≤ 0,05 В плівка поводилась як діелектрик з опором «на квадрат» Rп до 10 МОм. В цьому стані спостерігалися залежності R(Т) ∝ exp (1/Т) (при Т ≤ 20 К) та T ≤ 1 К і T > 0.1 В). При високих напругах (U ≈ 10 В) плівка мала опір Rп ≈ 5 кОм і поводилась як «брудний» метал. Магнітоопір (МО) у металевому режимі був позитивним і відповідав впливу ефекту слабкої локалізації. У діелектричному режимі МО був негативним і описувався співвідношенням Rп/R(0) ∝ -Н₂/T. Негативний МО проявився в умовах електронних стрибків поміж ближчими сусідами. Така поведінка незвичайна, а природа її до цього часу невідома. На підставі одержаних даних проведено обговорення залежностей опору від температури, напруги та магнітного поля, а також загальної природи спостережуваного переходу метал — ізолятор.

The low temperature (0.5-55 K) conductivity of a semicontinuous Au film near the percolation threshold is studied. The film resistance was found to be extremely sensitive to applied voltage U. By varying U the film conductivity was reversibly changed from insulating to metallic regime. This permitted us to study the metal-insulator transition (MIT) by varying electric field. At low U < 0.05 V the film behaves as an insulator with sheet resistance Rп up to 10 MOhm. In that state the dependences R(Т) ∝ exp (1/Т) (for T ≤ 20 K) and T ≤ 1 К (for T ≤ 1 К and U > 0.1 V ) were observed. At high voltages (U ≈ 10 V) the film has the resistance Rn ≈ 5 KOhrn and behaves as a «dirty» metal. The magnetoresistance (MR) in the metallic regime is positive and correlates with the effect of weak localization. In the insulating state the MR is negative and described by the equation Rп/R(0) ∝ -Н₂/T. The negative MR manifests itself tor nearest-neighbour hopping. This behavior is rather uncommon and, up to now, has not been clarified. Based on the data obtained we discuss the temperature, voltage and magnetic-field dependences of resistance as well as the general nature of the observed MIT.