Эффекты слабой локализации электронов в проводимости пленок золота, подвергнутых облучению ионами аргона

Abstract

Исследованы эффекты слабой локализации и электрон-электронного взаимодействия в проводимости осажденных в вакууме тонких пленок золота (толщина L ≤ 10 нм) до и после облучения их ионами аргона с энергией 0,5-3,5 кэВ. Влияние облучения (при дозах до — 8 • 10¹⁵ см⁻²) сводилось к уменьшению толщины пленок и увеличению беспорядка кристаллической решетки. Температурные и магнитополевые зависимости квантовых поправок к проводимости пленок Δσ были измерены при температурах 0,5 К ≤ Т ≤ 50 К и магнитных полях до 20 кЭ. Численная обработка этих зависимостей позволила определить скорости неупругой, спин-орбитальной и спин-спиновой релаксации электронов. Обнаружено, что скорости спин-орбитальной релаксации в исследованных пленках уменьшаются при увеличении беспорядка под влиянием ионного облучения. Показано, что такое поведение (противоречащее, на первый взгляд, известным представлениям) возможно в тонких пленках при уменьшении длины свободного пробега электронов, если преобладающий вклад в спин-орбитальное рассеяние вносит поверхностное рассеяние электронов.

Досліджено ефекти слабкої локалізації та електрон-електронної взаємодії у провідності осаджених у вакуумі тонких плівок золота (товщина L ≤ 10 10 нм) до та після опромінення їх іонами аргону з енергією 0,5-3,5 кеВ. Вплив опромінення (при дозах до — 8 • 10¹⁵ см⁻²) зводився до зменшення товщини плівок та збільшення непорядку кристалічної гратки. Температурні та магнітопольові залежності квантових поправок до провідності плівок Δσ було виміряно при температурах 0,5 К ≤ Т ≤ 50 К та в магнітних полях до 20 кЕ. Чисельний аналіз цих залежностей дозволив визначити швидкості непружньої, спін-орбітальної та спін-спінової релаксації електронів. Знайдено, що швидкості спін-орбітальної релаксації у досліджуваних плівках зменшуються при збільшенні непорядку під впливом іонного опромінення. Показано, що така поведінка (суперечна, на перший погляд, відомим уявленням) можлива у тонких плівках при зменшенні довжини вільного пробігу електронів за умовою переважного внеску поверхневого розсіяння електронів у спін-орбітальне розсіяння.

We report on weak localization and electron-elect-ron interaction effects in the conductivity of evaporated gold films (thickness L ≤ 10 nm) before and after irradiation with 0.5-3.5 keV argon ions. The irradiation (up to 8 • 10¹⁵ см⁻²) slightly decreases the film thickness and strongly increases the disorder of crystall lattice. The temperature and magnetic field dependences of quantum correction to conductivity Δσ are measured in the ranges 0,5 К ≤ Т ≤ 50 К and 0 ≤ H ≤ 20 kOe. The analysis of σ(T, H) yields the rates of inelastic, spin-orbit, and spin-spin electron relaxation. It is found that the rate of spin-orbit scattering decreases with disorder induced by the ion irradiation. It is demonstrated that such behaviour (which is contradictory, at first glance, to the known physical concept) can take place for thin films at decreasing of electron mean-free path provided that the surface electron scattering contribute significantly to the spin-orbit scattering.