Динамика неравновесной электрон-фононной системы для полупроводников и металлов в сильном электрическом поле

Abstract

Изучено формирование нестационарных неравновесных функций распределения (ФР) электронов и фо- нонов при действии на металл сильного импульсного электрического поля. Для конкретности параметры взяты для никеля, имеющего начальную температуру 20 К. Показано: изотропизация электронной ФР про- исходит в результате соударений с несовершенствами решетки; ФР электронов не становится термодинами- чески равновесной, так как электрон-электронные соударения в данной ситуации дают существенно мень- ший вклад, чем электрон-фононные столкновения, а столкновения с «чужой» подсистемой не приводят к термализации; ФР электронов и фононов имеют высокоэнергетичные «хвосты», так как при электрон- фононных соударениях передается импульс при достаточно малой передаче энергии; рождается много фо- нонов при дебаевской энергии, т.е. ФР фононов обогащается дебаевскими фононами.

Вивчено формування нестаціонарних нерівноважних функцій розподілу (ФР) електронів та фононів при дії на метал сильного імпульсного електричного поля. Для конкретності параметри взяті для нікеля, який має початкову температуру 20 К. Показано: ізотропізація електронної ФР відбувається внаслідок зіткнень з дефектами гратки; ФР електронів не стає термодинамічно рівноважною, тому що електрон-електронні зіткнення у даній ситуації дають суттєво менший внесок, ніж електрон-фононні зіткнення, а зіткнення з «чужою» підсистемою не приводять до термалізації; ФР електронів і фононів мають високоенергетичні «хвости», тому що при електрон-фононних зіткненнях передається імпульс при досить малій передачі енергії; народжується багато фононів навколо дебаєвської енергії, тобто ФР фононів збагачується дебаєвськими фононами.

Formation of non-stationary nonequilibrium electron and phonon distribution functions (DFs) is investigated at action on metal of a strong pulse electric field. For concreteness parameters are taken for the nickel having reference temperature of 20 K. It is shown: (i) electron distribution function occurs as a result of impacts to imperfections of a lattice; (ii) electron distribution function does not become thermodynamically equilibrium as electron-electron impacts in the given situation give essentially smaller contribution, than electron-phonon collisions, and collisions with a "another's" subsystem do not result to thermalization; (v) electron and phonon distribution functions have highenergy "tails" as at electron-phonon impacts the momentum is transferred by enough small transfer of energy, is born much phonons at Debye energy, i.e. phonon distribution function have maximum for Debye phonons.