Couches minces d'oxyde d'Ã©tain: la localisation faible et les effets de ...

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1. INTRODUCTIONtel-00589730, version 1 - 1 May 2011cherché à appliquer la théorie quantique des champs et le modèle de diffusion auxsystèmes fortement désordonnés Medina & Kardar (1992); Shklovskii & Pollak (1991). Iln’existe pas actuellement un modèle général pour la description d’un système fortementdésordonné (où le transport de charge se réalise par sauts) en présence d’un champmagnétique extérieur. Certains auteurs supposent que la magnétorésistance négativedans le régime de saut à distance variable (variable range hopping, VRH) est due auxinclusions de phase métallique dans l’isolant, les processus des sauts étant décrits par destrajets qui passent à travers ces “gouttes”de phase métallique [Ionov & Shlimak (1991)].En tout cas il s’agit plutôt d’un prosessus de diffusion particulier, ce qui trouve un pointcommun avec le modèle d’un métal désordonné. On peut donc constater un certainrapprochement entre les systèmes à deux dimensions qui montrent un comportementexplicitement métallique (avec les effets d’interaction) et les systèmes explicitementisolants (où le régime VRH se réalise) où la magnétorésistance négative est observée.Ainsi, les propriétés d’un système électronique sont largement déterminées par le jeude trois facteurs : désordre, interaction et dimensionalité.Comme on l’a dit plus haut, le paramètre k F l peut, en général, caractériser ledegré du désordre. Regardons maintenant quel paramètre pourrait caractériser le degréd’interaction entre les électrons.Pour les systèmes à deux dimensions le degré d’interaction entre les électrons, r s ,est caractérisé par la relation de l’énergie d’interactionE e−e ∼ e2ε (πn)1/2 (1.1)à l’énergie de Fermi [Abrahams et al. (2001); Pudalov (2006)]ce qui donneE F = π2 n2m ∗ , (1.2)r s = E e−eE F=e 2 2mεπ 1/2 2 n 1/2 ∝ n−1/2 , (1.3)où n est la concentration des électrons. Ainsi, pour des systèmes plus purs, une concentrationplus faible peut être atteinte dans un régime métallique et, donc, une interactionentre électrons plus forte peut se manifester. Ainsi, pour les Si MOSFETs, r s 10généralement Abrahams et al. (2001). Le comportement métallique de ces systèmes4
1.1 Idées générales de la structure et propriétés de la matière dans l’étatcondensétel-00589730, version 1 - 1 May 2011à deux dimensions (hétérostructures de haute qualité et couches inversées de Si) estattribué à l’interaction électron-électron [Pudalov (2006)]. Prenant (k F l) −1/2 commedegré du désordre et r s = E e−eE Fcomme degré d’interaction électron-électron, nous pouvonstenter une classification des systèmes électroniques (Figure (1.1)).Sur la Figure (1.1) chaque point correspond à un système particulier :– n − Si MOS Pudalov (1998a)– InGaS/InP QW Studenikin (2003)– couches minces de cuivre Van den dries et al. (1981)– GaAs Hwang (2003)– Si − MOS Pudalov (1998b)– Si − MOS Bishop et al. (1980)– Si couches inversées Borzdov & Petrovich (1997)– GaAs/AlGaAs Miller et al. (2003)– Si − MOS Bishop et al. (1982)– Si − MOS Kravchenko et al. (1995)– Si couches inversées Pudalov (2006)– GaAsQW Simmons et al. (2000)Comme le désordre s’accroît, la localisation de Anderson se réalise. Pour les métauxfaiblement désordonnés, l’effet de localisation faible se manifeste par la dépendence de laconductivité en fonction de la température σ(T) ∼ ln(T) et par une magnétorésistancenégative. Dans ce régime, les interactions entre les électrons se manifestent dans lesmécanismes du déphasage ou dans certain comportement inhérent aux métaux. Dansle régime de fort désordre, pour les isolants (par exemple - semiconducteurs dopés) letransfert de charge se réalise par sauts [Shklovskii & Efros (1984)](mécanisme de Mottou de Efros-Shklovskii, s’il est nécessaire de prendre en compte les interactions entreles électrons en introduisant un gap de Coulomb dans la densité d’états au voisinage duniveau de Fermi). Pour des systèmes purs (sans désordre), caractérisés par r s ∼ 37 ± 5la cristallisation Wigner des électrons a été prédite par Tanatar & Ceperley (1989).Une suppression de la supraconductivité induite par le désordre peut avoir lieu pourcertains valeurs de r s [Belitz & Kirkpatrick (1998); Kirkpatrick & Belitz (1992)]. Dansle cas des métaux bi-dimensionnels désordonnés, dans l’état “non-Fermi”des électrons,les interactions peuvent empêcher la localisation [Chakravarty et al. (1998); Dobrosavljevićet al. (1997)]. Malgré un grand nombre de travaux consacrés à la localisation5
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