МЕЗОСКОПИКА

МЕЗОСКОПИКА

- совокупность явлений, наблюдающихся в телах конечных размеров, содержащих микроскопия, неоднородности, связанных с неусредненностью свойств тел по разл. реализациям случайных неоднородностей. Проявляется в том, что у тел, обладающих одинаковыми геом. размерами, концентрацией примесей, темп-рой и др. макроскопич. параметрами, ряд свойств различен. Напр., отличие сопротивления R конкретного образца от значения R, полученного усреднением по множеству одинаковых образцов, но с индивидуальным для каждого образца пространственным расположением неоднородностей. Это отличие наз. мезоскопич. флуктуацией .В образцах большого объёма V мезоскопич. флуктуации малы: , и для не слишком больших имеет место Гаусса распределение. При уменьшении размеров тела L флуктуации возрастают, пока , где - межатомное расстояние, a L_c определяет размер области больших мезоскопич. флуктуации. При величина не зависит от L и ф-ция распределения (в общем случае) отличается от гауссовской [1].

Мезоскопич. явления примечательны тем, что благодаря им тело конечного размера обнаруживает свойства, не проявляющиеся в ср. характеристиках. Так, макроскопически изотропное (и негиротропное) тело в результате включения в него случайных неоднородностей теряет и изотропию, и центр инверсии. В результате мезоскопич. флуктуации в таком теле возможны фотогальванический эффект, генерация чётных гармоник, анизотропия сопротивления и т. п.

Изменяя внеш. условия (магн. и электрич. поля, давление и т. д.), можно изменять и и . При этом зависимость, напр., от магн. поля H ср. сопротивления одинакова для всех макроскопически одинаковых образцов (см. Магнетосопротивление), а зависимость отражает индивидуальность образца. В ряде случаев масштаб H, на к-ром изменяется , значительно меньше, чем для . При этом зависимость

R(H )имеет вид нерегулярных осцилляции на фоне гладкой кривой (рис.).

Нерегулярные осцилляции воспроизводимы и не зависят от предыстории (от того, как изменялось H, прежде чем оно достигло данного значения). При этом ср. значение по возможным реализациям совпадает со средним по полю (см. Эргодическая теория):

Производная даже в условиях, когда может полностью определяться мезоскопич. флуктуациями. Напр., для коэф. термоэдск-рый определяется логарифмич. производной сопротивления по химическому потенциалу возможна ситуация, когда в осн. определяется M. В этом случае имеет произвольный знак и нерегулярным осциллирующим образом зависит от

Мезоскопич. эффекты следует учитывать в экспериментах и в практич. применениях, если L_c сравнимо с размерами образца L. Впервые условие L_c порядка неск. мкм было осуществлено в металлах при низких темп-pax. Благодаря когерентным эффектам при , где D - коэф. диффузии электронов, . Наиб, ярким проявлением когерентной M. является периодич. зависимость сопротивления металлич. кольца от пронизывающего его магн. потока F с периодом ( Ааронова- Бома эффект для сопротивления). Такие осцилляции, наблюдавшиеся экспериментально, происходят только за счёт мезоскопич. флуктуации, имеют случайную фазу и усредняются, если вместо кольца использовать длинный цилиндр.

Мезоскопич. явления возможны в электронных приборах, в к-рых применяется туннелирование электронов через потенц. барьер (см., напр., Туннельный диод). Барьеры, как правило, оказываются неоднородными, их прозрачность определяется редко расположенными участками малой толщины барьера ("проколами"). Cp. расстояние между соседними проколами L _п велико, и для не слишком большой площади барьера

его прозрачность испытывает гигантские мозоскопич. флуктуации как ф-ция напряжения или магн. поля H[2].

Фундаментальная важность мсзоскопич. явлений связана с тем, что они позволяют проследить переход от явлений на атомном уровне (микроскопики) к физике макроскопич. образцов. Прикладное значение M. состоит в том, что с M. связан теоретич. предел миниатюризации электронных приборов, а ташке в возможности наблюдения событий, происходящих в атомном масштабе (напр., диффузионное смещение отд. атомов), по изменению свойств образцов с размерами L_c.

Лит.:1) Washburn S., Wеbb R. A., Aharonov-Bohm effect in normal metal quantum coherence and transport, "Adv. Phys.", 1986, v. 35, p. 375; 2) Pайх M. Э., Pузин И., Флуктуации прозрачности случайно-неоднородных барьеров конечной площади, "ЖЭТФ", 1987, т. 92, с. 2257. Д. E. Хмельницкий.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.