Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МОДЕЛЬ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ДИОКСИДЕ ВАНАДИЯ

Величко А.А., Кулдин Н.А., Путролайнен В.В., Черемисин А.Б., Пергамент А.Л.

Анализ температурных зависимостей параметров переключения VO2 имеющихся в литературе, показал, что чисто тепловые модели переключения, учитывающие только температурную зависимость проводимости материала не в состоянии объяснить полученные нами вольтамперные характеристики тонкопленочных структур после формовки в диапазоне температур от 12 до 340 K. Отметим, что этот анализ проведен без учета распределения температуры в канале кристаллической двуокиси ванадия, зависимости σ(Т, Е) и других факторов. Выбор правильной модели переключения в рассматриваемой структуре может быть обоснован реальными оценками величины температуры и поля в момент достижения порогового напряжения. Для этого было проведено численное моделирование ВАХ переключателя на основе двуокиси ванадия при различных окружающих температурах.

На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что процесс переключения в сэндвич-структурах на основе VO2 описывается в рамках единого механизма, который представляет собой развитие фазового перехода металл-изолятор (ФПМИ) в момент переключения. Однако переход в металлическое состояние определяется совокупностью факторов: температурой, полем и концентрацией носителей, относительный вклад которых в случае сэндвич-переключателя определяется температурой окружения.

Высокотемпературные ВАХ хорошо согласуются с простой молекулярно-кинетической теорией (МКТ). В этом случае переключение происходит при температурах близких к Tt (Tt=68°C - температура равновесного ФПМИ), а концентрация свободных носителей по порядку величины совпадает с критической концентрацией перехода Мота nc. В области средних полей (Т0 ~ 200 К) температура перехода меньше равновесной Tt, а n = nc. Для низкотемпературных ВАХ на фоне джоулева разогрева существенно влияние сильно-полевых эффектов, при которых температура материала при переключении значительно меньше Tt, а концентрация не удовлетворяет моттовскому критерию. Последнее условие позволяет предположить, что в достаточно сильных электрических полях, реализуемых в сэндвич-переключателе, наблюдается прямая зависимость температуры ФПМИ от поля. Один из возможных вариантов прямого влияния поля на переход, предполагает наряду с концентрационным механизмом включение в ФПМИ полевой модуляции электронного спектра оксидов переходных металлов, которую можно учесть в рамках модели образования сверхструктуры типа волн зарядовой плотности или волн спиновой плотности. Не прямое концентрационное влияние поля на ФПМИ возможно и для теории Мотта-Хаббарда, если учесть, что с ростом электрического поля может увеличиваться эффективный боровский радиус волновой функции d-электрона. Вследствие этого даже при заданной концентрации усиливается экранирование связанного электрона и уменьшается его энергия.

Работа выполнена при поддержке следующих грантов: институт Швеции (Dnr: 01370/2006), Федеральное Агентство РФ по науке и инновациям (контракт № 02.513.11.3351), Министерство Образования РФ и Американский Фонд Гражданских Исследований и Развития (CRDF) № Y5-P-13-01.


Библиографическая ссылка

Величко А.А., Кулдин Н.А., Путролайнен В.В., Черемисин А.Б., Пергамент А.Л. МОДЕЛЬ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ДИОКСИДЕ ВАНАДИЯ // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 7. – С. 60-60;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3459 (дата обращения: 21.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074