Поляронное состояние поверхностных электронов над гелием, покрывающим cтруктурированную подложку

Abstract

В температурном интервале 1,5–2,7 К экспериментально исследована проводимость поверхностных электронов над пленкой жидкого гелия, которая покрывает структурированную подложку из кремния, содержащую регулярную систему микропор. Установлено, что в области T ≥ 2,5 К проводимость резко падает, что можно объяснить образованием автолокализованного поляронного состояния электрона над гелиевой пленкой. Для проверки предположения о возникновении поляронного состояния поверхностно-го электрона в плотном паре гелия проведен расчет свободной энергии полярона, минимум которой по-является при повышении температуры до некоторого критического значения, а зависимость от прижимающего поля находится в качественном согласии с экспериментальными данными по температуре резкого падения проводимости. Расчет предсказывает зависимость критической температуры от пара-метров потенциала, действующего в плоскости поверхности гелия и связанного с искажением формы поверхности гелия из-за структуры подложки, что способствует появлению локализованного заряда над пленкой гелия.

У температурному інтервалі 1,5–2,7 К експериментально досліджено провідність поверхневих електронів над плівкою рідкого гелію, яка покриває структуровану підкладку із кремнію, що містить регуляр-ну систему мікропор. Встановлено, що в області T ≥ 2,5 К провідність різко падає, що можна пояснити утворенням автолокалізованого поляронного стану електрона над гелієвою плівкою. Для перевірки при-пущення про виникнення поляронного стану поверхневого електрона в щільному парі гелію проведено розрахунок вільної енергії полярону, мінімум якої з'являється при підвищенні температури до деякого критичного значення, залежність якого від притискуючого поля перебуває в якісній згоді з експериментальними даними по температурі різкого падіння провідності. Розрахунок пророкує залежність критич-ної температури від параметрів потенціалу, що діє в площині поверхні гелію й пов'язаного з перекручуванням форми поверхні гелію через структуру підкладки, що сприяє появі локалізованого заряду над плівкою гелію.

The conductivity of surface electrons over a liquid helium film, covering the structurized silicon substrate with a regular system of micropores, is investigated ex-perimentally in the temperature range T = 1.5–2.7 K. It is found that the conductivity decreases sharply at T ≥ 2.5 K, which is supposed to be due to the forma-tion of autolocalized polaron electron state over the helium film. To check the hypothesis for the formation of the polaron state of surface electron in the dense vapor helium, the free energy of the polaron was calculated. It is shown that the free energy minimum occurs when the temperature rises to a critical value cor-responding to the formation of polaron and close to the temperature of the decrease of conductivity observed experimentally. The calculation predicts the depen-dence of the critical temperature on the parameters of the effective potential acting in the plane of the helium surface and associated with the distortion of the helium surface due to the structure of the substrate, which contributes to the appearance of a localized charge over the helium film.