Закон Ома, который мы помним со школы, гласит, что ток, протекающей через резистор, пропорционален напряжению, то есть сопротивление проводника постоянно.

Новый источник тока

То, что водород хорошо растворяется в палладии, — факт известный. При этом молекулы водорода (если сорбция идёт из газа), попав на поверхность, сначала распадаются на атомы, потом превращаются в ионы и в виде ионов проникают в палладий. Диффузию водорода через палладиевые мембраны издавна использовали для получения особо чистого водорода. Сейчас, с целью создания датчиков водорода, активно исследуют влияние водорода на свойства структур Pd/InP. Логика здесь такая — сорбция водорода изменяет работу выхода для палладия, а это влияет на все свойства диодов Pd/InP, в частности, вольтамперные характеристики. Которые измеряются, естественно, при наличии внешнего источника напряжения.

Исследователи из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе и ООО «АИБИ» (Санкт-Петербург) поступили иначе. Они определяли свойства Pd/InP при 300 К, в вакууме, на воздухе, и в среде с разным содержанием водорода, в темноте и на свету, причём при отсутствии внешнего напряжения, то есть в режиме короткого замыкания. И обнаружили, что в водороде при отсутствии освещения и внешнего напряжения возникает ток. При наличии освещения возникает и фототок, который авторы отделили от «водородного». Судя по примерному равенству количества поглощённых атомов водорода и количеству электронов, проследовавших по цепи, механизм таков: электроны отделяются от атомов при ионизации, электрическое поле оттаскивает их от ионов, ну и дальше их путь лежит через внешнюю нагрузку. Авторы показали, что ток и генерируемая мощность увеличиваются пропорционально количеству соединённых параллельно элементов, и если от одного элемента с площадью 1 мм² получается ток 4 мкА, то от пяти — 20 мкА.

Шутаев В. А. и др. Генерация тока в диодах Шоттки Pd/InP в атмосфере водорода. Физика и техника полупроводников, 2024, вып. 1, с. 37.

Вибрировать и эмиттировать

Автоэлектронная эмиссия представляет интерес для использования в разных электровакуумных приборах, поскольку не требует нагрева эмиттера. Но она требует высокой напряжённости поля на его поверхности, поэтому приходится использовать что-то тонкое и острое, например, углеродные нанотрубки. Известно, что при работе таких эмиттеров могут возникать колебания, которые влияют на формирование потока электронов, да и вообще способны разрушить эмиттер. Удивительно, но колебания могут возникать не только, когда автоэмиттер — тонкая и гибкая нанонить из карбида кремния, углеродная нить или нанотрубка, но даже если это алмазные иглы.

На физфаке МГУ исследовали процесс таких колебаний для эмиттеров двух разных типов: для алмазных наноигл длиной 100 мкм, диаметром у основания 1 мкм и радиусом вершины 1 нм и для полосок длиной 5 мм и шириной 0,5 мм, которые вырезали из мембраны толщиной 0,1 мм, сплетённой из одностенных углеродных нанотрубок. Для наноигл колебания возникали при некотором напряжении, их частота была 1,4 МГц, амплитуда отклонения нарастала с ростом напряжения и достигала 20°, что близко к границе разрушения. Для полосок частота составляла 140 Гц, они тоже начинались при определённом напряжении, но при дальнейшем его увеличении прекращались. Авторы построили модель явления, объясняющую полученные результаты. В частности, возникновение и прекращение колебаний зависит от потерь в системе, которые для алмаза существенно меньше (величина, обратная потерям, добротность — для иглы порядка 1000, а для полоски — порядка 10).

Авторы указывают на разные возможности практического применения этого явления, как очевидные (преобразователи постоянного напряжения в переменное, генераторы импульсов и др.), так и неочевидные. Например, для одиночных углеродных нанотрубок достижимы частоты колебаний в СВЧ-диапазоне до нескольких гигагерц. При этом электромагнитное поле будет генерироваться движением электронов из-за механических колебаний кончика эмиттера.

Клещ В. И., Образцов А. Н. Электромеханические автоколебательные системы с гибкими автоэлектронными эмиттерами. ЖЭТФ, 2024, том 165, вып. 6, с. 776.

С сопротивлением всё не просто

Закон Ома, который мы помним со школы, гласит, что ток, протекающей через резистор, пропорционален напряжению, то есть сопротивление проводника постоянно. Большинство школьников сумеет ответить на вопрос, когда этот закон нарушается. Но поведение полупроводников устроено сложнее, и оказалось, что удельное сопротивление может изменяться под воздействием внешнего импульсного электрического поля. Причём это влияние может оказаться с весьма длительным (часы) последействием.

Зависимость минимального удельного сопротивления от напряжения импульса. Кривые 1, 2 — образец с наименьшим исходным удельным сопротивлением; 3, 4 — образец с наибольшим исходным удельным сопротивлением. 1, 3 — отрицательная полярность; 2, 4 — положительная полярность. Рисунок из реферируемой статьи. 

Исследователи из Забайкальского государственного университета (г. Чита) определяли проводимость полупроводника — минерала пирита (сульфид железа, FeS₂). Они обнаружили, что сопротивление разных образцов различается из-за разного количества и состава примесей и что после приложения к образцам на 10 с напряжения 50—300 В их сопротивление в течение примерно 1 минуты уменьшается до значений, показанных на рисунке, а потом в течение нескольких часов восстанавливается. По мнению авторов, уменьшение сопротивления при приложении импульсов напряжения вызвано активацией атомов примеси электрическим полем. А зависимость от полярности напряжения возникает из-за наличия в образцах внутреннего поля, обусловленного неравномерным распределением примеси.

Возможность влияния на сопротивление пирита в сторону его уменьшения может увеличить эффективность его использования в качестве термоэлектрического материала.

Степанов Н. П., Грабко Г. И. Особенности отклика электронной системы природного пирита на электрическое поле. Письма в ЖТФ, 2024, вып. 10, с. 26.

№8, 2024