三維無序鈧，鈧銀合金及銻厚膜中之電子散射時間

Abstract

電子散射時間是瞭解電子在無序系統中量子干涉傳輸的最重要物理參數之一。這二十年來，電子散射時間跟溫度以及無序程度的關係已經被廣泛地利用弱無序的系統來研究。在本篇論文中，我們主要是有系統地研究了三維系統中，當樣品的無序程度從電子遷移率邊界一直到弱無序區域當中的‘中間區域’時，電子散射時間跟溫度以及無序程度的關係的變化。 我們共量測了結晶狀無序的鈧、鈧銀合金以及銻厚膜三個系統中低溫下磁電阻以及電阻率隨溫度的變化。從鈧、鈧銀合金到銻，樣品的無序程度即從電子遷移率邊界一直到弱無序區域當中的‘中間區域’。磁電阻量測的目的是為了探索三個系統中主要的非彈性電子散射機制以及電子散射時間跟溫度與無序程度的關係；而電阻率隨溫度的變化是用來探索增強電子—電子作用理論在這三個不同無序程度系統中的適用性。 我們磁電阻的量測主要集中在0.3到15 K絕對溫度的範圍，磁場則加到1.3特斯拉。磁電阻資料經過弱局域作用理論分析後，我們得到鈧系統當中的電子散射主要是臨界電子—電子散射，而銻系統當中是電子—聲子散射，鈧銀合金中則觀察到了從臨界電子—電子散射到電子—聲子散射的結果。我們並且發現鈧系統中的臨界電子—電子散射時間在0.3 到10 K都跟溫度的一次方成反比，而且跟無序程度無關；在鈧銀合金系統中，當銀的含量在1到3個莫爾百分比時，臨界電子—電子散射是主要的電子散射機制，而臨界電子—電子散射時間跟溫度的一次方成反比，且跟無序程度無關，當銀的比例高到10到15個莫爾百分比時，電子—聲子散射成為主要的非彈性電子散射機制，而電子—聲子散射時間跟溫度的二次方成反比，且跟無序程度無關；至於銻系統中，我們發現主要的非彈性散射機制是電子—聲子散射，而電子—聲子散射時間在1到14 K的溫度範圍都跟溫度的2.4次方成反比，且跟無序程度只有很弱的相關性。簡言之，我們的實驗結果目前可以用Belitz和Wysokinski預測在強無序系統中的臨界電子—電子散射來解釋; 以及Sergeev和Mitin預測在弱無序系統當中的電子—聲子散射理論來解釋。 我們也量測了在0.35到30 K下鈧、鈧銀合金以及銻系統中電阻率跟溫度的關係。我們發現隨著溫度降到液氦的溫度，這三個不同無序程度系統的電阻率變化呈現不相同的行為。在和增強電子—電子作用理論比較之後，我們發現鈧以及鈧銀合金的結果無法用增強電子—電子作用來解釋。而對於銻系統，只有在4 K以下的電阻率變化可以用增強電子—電子作用來解釋。