Коллективная природа низкотемпературных фотопроводимости и проводимости в Пайерлсовском проводнике ромбическом TаS3

Аннотация

Данная работа подводит итог цикла работ, посвященных изучению механизмов низкотемпературных проводимости и фотопроводимости в пайерлсовском проводнике ромбическом TaS₃ ( o -TaS₃). Использовались обнаруженные нами инструменты изменения соотношения между одночастичной и коллективной составляющими низкотемпературных проводимости и фотопроводимости в o -TaS₃ - освещение и одноосное растяжение образца. С их помощью нам удалось разделить одночастичный и коллективный вклады и показать, что коллективный вклад доминирует как в низкотемпературной проводимости ( T ≲ 100 К), так и в низкотемпературной фотопроводимости ( T ≲ 45 К). Кроме того, обнаруженная аналогия между влиянием освещения и растяжения на низкотемпературные проводимость и фотопроводимость позволила установить размерность пиннинга волны зарядовой плотности (ВЗП) в образцах различного сечения при низких температурах. Обнаружено, что для всех образцов, включая объемные, при температурах T < 40 K наблюдается одномерный пиннинг, и он также имеет коллективный характер.

• волна зарядовой плотности
• нелинейная проводимость
• коллективная проводимость
• солитоны
• фотопроводимость

Abstract (in English)

Collective nature of low-temperature photoconduction and conduction in Peierls conductor orthorhombic TaS3

This work summarizes the results of series of works devoted to the study of the mechanisms of low-temperature conduction and photoconduction in the Peierls conductor orthorhombic TaS₃ ( o -TaS₃). We used the tools we discovered to change the relationship between the single-particle and collective components of low-temperature photoconduction and conduction in o -TaS₃ - illumination and uniaxial stretching of the sample. Using them, we were able to separate single-particle and collective contributions and show that the collective contribution dominates both low-temperature conduction (T ≲ 100 K) and low-temperature photoconduction (T ≲ 45 K). In addition, the discovered analogy between the influence of illumination and stretching on low-temperature conduction and photoconduction made it possible to establish the dimension of charge density wave (CDW) pinning in samples of different cross-sections at low temperatures. It was found that for all samples, including bulk ones, one-dimensional pinning is observed at temperatures T < 40 K, and it also has a collective character.

Для цитирования

Литература

1. Monceau P., Electronic crystals: an experimental overview // Adv. Phys., 61, 325 (2012). https://doi.org/10.1080/00018732.2012.719674
2. Gruner G., The dynamics of charge-density waves // Rev. Mod. Phys. 60, 1129 (1988). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.60.1129
3. Brasovskii S.A., Electronic excitation in the Peierls-Frőhlich state // Pis'ma v ZhETP 28, 656 (1978); [JETP Letters, 28, 606 (1978)]. http://jetpletters.ru/ps/1581/article_24247.pdf
4. Brazovskii S.A., Electronic excitations in the Peierls-Frolich state // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 78, 677 (1980); // Sov. Phys. JETP 51, 342 (1980)] https://doi.org/10.1142/9789814317344_0024
5. Brasovskii S., Brun C., Wang Z.-Z., Monceau P., Scanning-Tunneling Microscope Imaging of Single-Electron Solitons in a Material with Incommensurate Charge-Density Waves // Phys. Rev. Lett., 108, 096801. (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.096801
6. Latyshev Yu.I., Monceau P., Brasovskii S., Orlov A.P., Fournier T., Observation of Charge Density Wave Solitons in Overlapping Tunnel Junctions // Phys. Rev. Lett., 95, 266402 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.266402
7. Takoshima T., Ido M., Tsutsumi T., Sambongi T., Honma S., Yamaya K., Abe Y., Non-ohmic conductivity of TaS3 in the low-temperature semiconducting regime // Sol. State Commun., 35, 911 (1980). https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)90987-4
8. Zatsev-Zotov S.V., Minakova V.E., Photoconduction and photocontrolled collective effects in the Peierls conductor TaS3 // Pis'ma v ZhETP, 79, 680 (2004). https://doi.org/10.1134/1.1787104
9. Zybtsev S.G., Pokrovskii V.Ya, Strain-induced formation of ultra-coherent CDW in quasi one-dimensional conductors // Physica B 460, 34 (2015). https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.11.035
10. Wang Z.-Z., Salva H., Monceau P., Renard M., Roucau C., Ayroles R., Levy F., Guemas L., Meerschaut A., Incommensurate-commensurate transition in TaS3 //j. Phys.-Lett., 44, L311 (1983). https://doi.org/10.1051/jphyslet:01983004408031100
11. Inagaki K., Tsubota M., Higashiyama K., Ichimua K., Tanda A., Yamamoto K., Hanasaki N., Ikeda N., Nogami Y., Ito T., Toyokawa H., Field-Induced Discommensuration in Charge Density Waves in o-TaS3 //j. Phys. Sos. Jpn., 77, 093708 (2008). https://doi.org/10.1143/JPSJ.77.093708
12. Zatsev-Zotov S.V., Minakova V.E., Evidence of Collective Charge Transport in the Ohmic Regime of o-TaS3 in the Charge-Density-Wave State by a Photoconduction Study // Rev. Lett., 97, 266404 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.266404
13. M.E. Itkis, F.Ya. Nad', Fundamental absorption edge of the Peierls insulator of orthorhombic tantalum trisulfide // JETP Lett., 39, 373 (1984). http://jetpletters.ru/ps/1300/article_19642.pdf
14. V.F. Nasretdinova, S.V. Zatsev-Zotov, Electric-field-dependent energy structure of quasi-one-dimensional conductor o-TaS3 // JETP Lett., 89, 514 (2009). https://doi.org/10.1134/S0021364009100099
15. Ogawa N., Shiraga A., Kondo R., Kagoshima S., Miyano K., Photocontrol of Dynamic Phase Transition in the Charge-Density Wave Material K0.3MoO3 // Phys. Rev. Lett., 87, 256401 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.256401
16. Zaitsev-Zotov S.V., Finite-size effects in quasi-one-dimensional conductors with a charge-density wave // Physics - Uspekhi, 47, 533 (2004). https://doi.org/10.1070/PU2004v047n06ABEH001675
17. Zaitsev-Zotov S.V., Minakova V.E., Photoconduction and photocontrolled collective phenomena in Peierls conductor TaS3 //j. Phys. IV 131 95 (2005). https://doi.org/10.1051/jp4:2005131021
18. Минакова В. Е., Талденков А. Н., Зайцев-Зотов С. В., Солитонная фотопроводимость в пайерлсовском проводнике ромбическом TaS3 // Письма в ЖЭТФ, 110, 178 (2019). https://doi.org/10.1134/S0370274X19150086
19. Preobrazhensky V. B, Taldenkov A. N., Kal'nova I.Yu., Electrical conductivity of the uniaxially strained quasi-one-dimensional Peierls insulator TaS3 // JETP Letters, 40, 944 (1984). http://jetpletters.ru/ps/1256/article_18987.pdf
20. Lear R. S, Skove M.J., Stillwell E.P., Brill J.W., Stress dependence of the charge-density-wave transitions in NbSe3 and o-TaS3 // Phys.Rev. B 29, 5656 (1984). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.29.5656
21. Minakova V.E., Nasretdinova V.F., Zaitsev-Zotov S.V., Charge-density waves physics revealed by photoconduction // B: Condensed Matter, 460,185 (2015). https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.11.064
22. Ogawa N., Miyano K., Brazovskii S.A., Optical excitation in the creep phase of plastic charge-density waves // Phys. Rev. B 71, 075118 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.075118