Файл: Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах.pdf

У Д К 539.213.2 ,

I „ Г О С . П У Б Л И Ч Н А Я ^ Т Г

Н А У Ч Н О - Т Е Х Н И Ч Е С К А Я Н Б И Б Л И О Т Е К А С С С Р С

Вкниге, одилы из авторов которой является пзвестнып фпзпк-теоретик Н. Мотт, рассматривают­ ся электрические, оптические л магнитные свойства некристаллических веществ, теория для которых была развита лпшь в последнее десятилетие.

Впервых шести главах содержится обзор теории

вприложении к жидким металлам п полуметаллам,

изолятор в некристаллических системах. Послед­ ние главы посвящены детальному обзору некри­ сталлических полупроводников, включая германий и кремнии, халькогенпдные стекла и селен, и ин­ терпретации их свойств в аспекте моделей, предло­ женных в книге.

Кнпга будет полезна для широкого круга на­ учных работников, инженеров, а также препода­ вателей и студентов высших учебных заведенпй.

Редакция литературы по физике

© Перевод на русский язык, «Мир», 1974

П Р Е Д И С Л О В И Е Р Е Д А К Т О Р А Р У С С К О Г О И З Д А Н И Я

Последние 10—15 лет отличаются интенсивным развитием экс­ периментальных и теоретических исследований в области некри­ сталлических веществ. Достаточно упомянуть, что, например, в 1970 г. было опубликовано более 350 научных статей, имеющих непосредственное отношение it указанной проблеме. Все эти статьи опубликованы в самых разнообразных по своему направле­ нию журналах и практически во всех странах мира, где ведутся исследования в области физики твердого тела, и в частности физики полупроводников. Столь большое внимание к некристал­ лическим веществам связано как с общим интересом к неупорядо­ ченным системам, так и с непрерывно возрастающим использо­

тронная теория аморфных полупроводников», сыгравшая суще­ ственную роль в развитии теоретических и экспериментальных исследований в нашей стране и за рубежом. Однако, как это следует из ее названия, она посвящена главным образом теорети­ ческим вопросам. Монографии же, объединяющей обширный теоретический материал и еще более обширный в области экспе­ римента, до последнего времени не существовало. Пробел этот,

физик-теоретик, известный советским читателям-физикам по мно­ гим оригинальным работам и ряду монографий, изданных в рус­ ском переводе. В свое время проф. Н. Мотт возглавил за рубежом теоретические исследования в области неупорядоченных систем. Его перу принадлежит цикл фундаментальных работ в этом направлении, в том числе и обзор «Электроны в неупорядоченных структурах», переведенный на русский язык в 1967 г.

Круг вопросов, которые авторы стремились охватить в книге, исключительно широк. Равное место в нем занимают как обзор теоретических построений для электронов в незшорядоченных системах, базирующихся в основном на одноэлектронном подходе (гл. 2—3), так и довольно подробный анализ электрических и оптических явлений (гл. 7), а также анализ структуры, свойств

6 Предисловие редактора русского издания

и способов получения ряда конкретных материалов (гл. 8—10). Весьма уместно в книгу включены главы, посвященные многочастичным эффектам — поляронам, фононам и фазовым переходам «металл — диэлектрик», а также перескоковой проводимости (гл. 4—6), которые хотя и рассматриваются в основном для кри­ сталлических тел, тем не менее имеют непосредственное отношение к проблемам движения носителей заряда в собственно неупоря­ доченных системах. В книге нашел отражение огромный факти­ ческий материал, подкрепленный обширной библиографией ори­ гинальных работ.

Надо сказать, что в настоящее время в физике неупорядочен­ ных систем, пожалуй, как ни в какой другой области физики твердого тела, существует огромное разнообразие различных подходов и методов и нет какой-либо общепринятой точки зрения, способной объяснить большую совокупность экспериментальных данных. Это обусловлено, с одной стороны, многообразием и с другой — спецификой возникающих здесь проблем. Во всяком случае, попытка обобщить и связать известные данные теории и эксперимента представляет чрезвычайно сложную задачу, и сле­ дует признать, что она решена Н. Моттом и Э. Дэвисом довольно успешно.

При этом, естественно, авторам не удалось избежать и некото­ рых недостатков, наиболее ощутимых для физиков-теоретиков. Так, наряду с очень «физичными» рассуждениями хотелось бы видеть в книге более строгое изложение теорий. Это касается, в частности, вопросов природы электронных состояний в полно­ стью неупорядоченных полупроводниках, явлений переноса, эффекта Холла и др. Без внимания остались математически более сильные теории, в то время как теория Займана, применимая, строго говоря, лишь к жидким щелочным металлам, рассматри­ вается весьма подробно. Более детального анализа заслуживают явления перехода «металл — диэлектрик» в неупорядоченных материалах и, в частности, под действием сильного электрического поля (так называемый эффект переключения). В соответствующей же главе авторы останавливаются в основном на переходе такого типа в кристаллах. ^

Отмеченные недостатки не умаляют большой ценности книги, в которой довольно полно отражено состояние исследований некристаллических материалов на конец 1970 г. Однако, посколь­ ку с того времени появилась весьма обширная литература, касаю­ щаяся как теории и эксперимента, так и многих технических применений неупорядоченных материалов, представлялось целе­ сообразным привести в советском издании данной книги ряд дополнительных ссылок на наиболее важные и интересные работы, выполненные в 1971—1972 гг. как в нашей стране, так и за рубе­ жом. В этот дополнительный список литературы не включены

весьма интересные работы, представленные на I V Международной конференции по аморфным и жидким полупроводникам (АннАрбор, США, 1971 г.) и на Международной конференции по этой

Болгарской Академией наук. Большая библиография по фото­

а именно начиная приблизительно с 1965 г. Это продиктовано тем, что авторы книги ссылаются на монографию А. И. Губанова, выпущенную в 1963 г. (английский перевод был издан в 1965 г.) и обзор Б. Т. Коломийца по халькогенидным стеклообразным полупроводникам, опубликованный в Physica Status Solidi в 1964 г., а более поздние обширные теоретические и эксперимен­ тальные исследования, проведенные в СССР, к сожалению, не нашли должного отражения в книге.

Дополнительная библиография, приводимая в данном издании книги, разумеется, не претендует на исчерпывающий характер. В связи с обилием литературы в нее включены ссылки лишь на наиболее интересные работы. Дополнительная библиография при­ водится в конце книги, вслед за основным списком цитированной авторами литературы, и разделена на части, соответствующие отдельным главам книги.

Мы искренне признательны проф. Н. Мотту, любезно написав­ шему предисловие к русскому изданию его книги.

П Р Е Д И С Л О В И Е А В Т О Р А К Р У С С К О М У И З Д А Н И Ю

Я очень рад предпослать несколько вступительных слов к русскому изданию книги «Электронные процессы в некристал­

в Советском Союзе, поскольку именно советские ученые внесли огромный вклад в наши представления о популярной в настоящее время области физики — физике неупорядоченных систем. Мне хотелось бы особо отметить работы проф. Б. Т. Коломийца и его сотрудников, которые установили одно из самых существенных свойств некристаллических полупроводников, а именно то, что эти материалы не поддаются легированию примесями и ведут себя как собственные полупроводники. Эти работы послужили стпдгулом к развитию большого количества как прикладных, так и тео­ ретических исследований. Первой монографией, посвященной неу­ порядоченным системам, явилась, как известно, книга А. И. Губа­ нова «Квантово-электронная теория аморфных проводников»; она сыграла наиболее важную роль в интерпретации эксперименталь­ ных фактов и показала теоретикам всего мира, какое множество данных еще ждет своего объяснения.

Мы с д-ром Дэвисом надеемся, что наша попытка изложить основы физики некристаллических веществ окажется полезной не только для решения чисто научных проблем, но и для многих технических приложений в области электроники твердого тела.

Невилл Мотт

Кэмбридж, 20 ноября 1972 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е А В Т О Р О В К А Н Г Л И Й С К О М У И З Д А Н И Ю

Десять лет назад наше теоретическое представление об элек­ тронах в некристаллических телах находилось в зачаточном

из предположения, что вещество является кристаллом. Согласнозонной теории, диэлектрик — это вещество, имеющее энергети­ ческую щель между зоной проводимости и валентной зоной, а прозрачным является тот диэлектрик, у которого эта щель больше энергии кванта видимого света. Обычное натриевое стек­ ло — прозрачный диэлектрик; следовательно, должна существо­ вать щель. Однако даже сейчас мы еще не знаем, как рассчитать эту щель, но представления, которыми следует пользоваться, достаточно ясны.

Заметной вехой на пути исследования этой проблемы послу­ жило количественное объяснение электрических свойств жидких металлов, выдвинутое Займаном в 1960 г. Это была теория слабой связи, в которой влияние каждого атома на электрон рассматри­

Ключевыми моментами оказались принцип Иоффе и Регеля [257], согласно которому средняя длина свободного пробега не может быть меньше расстояния между атомами, и представление о локализации, введенное Андерсоном в его статье «Отсутствиедиффузии в некоторых хаотических решетках», опубликованной в 1958 г. [18]. В некотором смысле изложение нашей книги скон­ центрировано вокруг этих двух вопросов. На этой основе мы раз­ работали качественную теорию, и поскольку добиться математи­ ческой строгости в данном вопросе отнюдь не легко, мы, не колеб­ лясь, делали догадки при анализе тех проблем, которые в настоя­ щее время еще не решены. Наша цель — предложить модели,, которые можно сравнить с экспериментом. Мы выбрали экспери­ ментальные результаты, также имея в виду сравнение с нашей теорией и нашими догадками. Так, например, приводится доста­