Сильные нелинейные эффекты в проводимости тонких металлических образцов

Abstract

Обсуждается серия работ, посвященных нетривиальным нелинейным стационарным и нестационарным явлениям, сопровождающим протекание транспортного тока через тонкие чистые монокристаллические образцы металлов при низких температурах. Механизм нелинейности является магнитодинамическим — он связан с воздействием собственного магнитного поля тока на электронные траектории и, тем самым, на проводимость металла. Магнитодинамическая нелинейность приводит к нетривиальному эффекту падения сопротивления тонких образцов с ростом тока. При больших токах, когда радиус кривизны электронных траекторий в собственном поле тока становится меньше поперечных размеров образца, возникает эффект шнурования тока (пинч-эффект). При этом с увеличением тока падение сопротивления сменяется его возрастанием. Обсуждаются также экспериментальные исследования нелинейных вольтамперных характеристик тонких образцов кадмия и вольфрама. В этих экспериментах не только подтверждены предсказания теории, но и обнаружены новые нелинейные эффекты, сопровождающие протекание сильных токов. В частности, обнаружена генерация автоколебаний напряжения в режиме заданного тока. С ростом тока спектр автоколебаний эволюционирует, подчиняясь определенному сценарию, с переходом от дискретного к сплошному, что свидетельствует о возникновении хаотического режима.

Обговорюється серія робіт, присвячених нетривіальним нелінійним стаціонарним та нестаціонарним явищам, які супроводжують протікання транспортного струму через тонкі чисті монокристалічні зразки металів при низьких температурах. Механізм нелінійності є магнітодинамічним — він пов'язаний з дією власного магнітного поля струму на електронні траєкторії та, тим чином, на провідність металу. Магнітодинамічна нелінійність призводить до нетривіального ефекту падіння опору тонких зразків з ростом струму. При великих струмах, коли радіус кривизни електронних траєкторій у власному полі струму стає менше поперечних розмірів зразка, виникає ефект шнурування струму (пінч-ефект). При цьому зі збільшенням струму зменшення опору змінюється його зростанням. Обговорюються також експериментальні дослідження нелінійних вольт-амперних характеристик тонких зразків кадмію та вольфраму. У цих експериментах не лише підтверджено пророцтва теорії, але і виявлено нові нелінійні ефекти, які супроводжують протікання сильних струмів. Зокрема, виявлено генерацію автоколивань напруги в режимі заданого струму. З ростом струму спектр автоколивань еволюціонує, підкоряючись певному сценарію, з переходом від дискретного до суцільного, що свідчить про виникнення хаотичного режиму.

A series of papers on nontrivial nonlinear stationary and non-stationary phenomena accompanying transport current flow in thin pure single crystals of metals at low temperatures are considered. The mechanism of nonlinearity is magnetodynamical. It is related to the effect of intrinsic magnetic field of the current on electron trajectories and, thus, on metal conductivity. The magnetodynamical nonlinearity results in a nontrivial phenomenon of decreasing of the sample resistance with increasing the current. At high currents, when the curvature radius of electron trajectories in the intrinsic magnetic field of the current is less than the transverse sizes of the sample, a pinch effect arises. In this case, the resistivity begins to increase with increasing current. Considered also are the experimental studies into nonlinear current-voltage characteristics of cadmium and tungsten thin samples. These experiments not only provide support for the previous theoretical predictions but they also display new nonlinear phenomena accompanying the flow of high currents. In particular, self-oscillations of voltage were observed in the regime of preset current. When the current is increased, the spectrum of selfoscillations evolves by a definite scenario with the transition from discrete to continuous one, suggesting that there occurs a chaotic regime.