Bulk and surface conductivity of pure tungsten single crystals under static skin effect

Authors

  • Александр Сергеевич Беликов (Alexander S. Belikov) Ural Federal University
  • Павел Сергеевич Коренистов (Pavel S. Korenistov) Ural Federal University
  • Вячеслав Викторович Марченков (Vyacheslav V. Marchenkov) M.N. Mikheev Institute of Metal Physics UB RAS

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-3-08-13

Keywords:

tungsten single crystals, magnetoresistivity, static skin effect

Abstract

In magnetic fields of up to 50 kOe and at T = 4.2 K, the field dependences of the magnetoresistance of pure tungsten single crystals with a residual resistance ratio ρ293K/ρ4.2K of about 75,000 under the static skin effect, i.e. the concentration of direct current near the conductor surface, were measured. The size effect, i.e. the dependence of the magnetoresistance on the dimensions and shape of the sample as well as the direction of the magnetic field relative to its surface, was studied. It was shown that under these conditions the conductivity (resistivity) near the sample surface is several orders of magnitude higher (lower) than that in the conductor bulk. Using the trivial formulas, it is possible to "separate" the contributions of the bulk and surface conductivities. A similar method can be used to estimate the contributions to the bulk and surface conductivities of more complex systems with an inhomogeneous distribution of electric current across the conductor cross-section

References

Lifshitz I. V., Azbel M. Y., Kaganov M. I. Elektronnaia teoriia metallov (Electron theory of metals). Moscow: Nauka, 1971, 415 p. (In Russian)

Schubnikow L. V., de Haas W. J. Magnetische Widerstandsvergrösserung in Einkristallen von Wismut bei tiefen Temperaturen. Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, 1930, vol. 33, no. 2, pp. 130–133.

Lazarev B. G., Nakhimovich N. M., Parfenova E. A. Vliianie magnitnogo polia na elektricheskoe soprotivlenie monokristallov tsinka i kadmiia. Poperechnyi ėffekt. (Magnetic field influence of electric resistance of zinc and cadmium monocrystals. Transversal effect) Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1939, vol. 9, no. 10, pp. 1169–1181 (In Russian)

Borovik E. S. Izmenenie soprotivleniia metallov v magnitnom pole pri nizkikh temperaturakh (Change of metal resistance in magnetic field at low temperatures). Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1952, vol. 23, no. 1 (7), pp. 91–100 (In Russian).

Fawcett E. High-field galvanomagnetic properties of metals. Advances in Physics, 1964, vol. 13, no. 50, pp. 139–191.

Lifshitz I. V., Azbel M. Y., Kaganov M. I. K teorii galʹvanomagnitnykh iavlenii v metallakh (On the theory of galvanomagnetic effects in metals). Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1956, vol. 31, no. 1 (7), pp. 63–79.

Lifshitz I. M., Peschanskii V. G. Galvano-magnetic characteristics of metals with open Fermi surfaces I. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1959, vol. 8, no. 5, pp. 875–883.

Lifshitz I. M., Peschanskii V. G. Galvano-magnetic characteristics of metals with open Fermi surfaces II. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1960, vol. 11, no. 1, pp. 131–141.

Lifshitz I. M., Kosevich A. M. On the theory of the Shubnikov–de Haas effect. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1958, vol. 6, no. 1, pp. 67–77.

Peschanskii V. G., Azbel M. Y., Magnetoresistance of semimetals. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1969, vol. 28, no. 5, pp. 1045–1053.

Volkenshtein N. V., Diakina V. P., Star-tsev V. E., Cherepanov A. Ia., Cherepanov V. Ia., Glin’skii M. Rolʹ lokalʹnykh osobennostei poverkhnosti Fermi v galʹvanomagnitnykh svoistvakh volʹframa pri nizkikh temperaturakh (Role of local features of the Fermi surface in the galvanomagnetic properties of tungsten at low temperatures). Low Temperature Phyiscs, 1986, vol. 12, no. 10, pp. 1033–1044 (In Russian).

Marchenkov V. V., Gornostyrev Yu. N., Hall D. W., Brooks J. S., Weber H. W. Effect of dislocation distribution on the high-field magnetoresistivity of pure metal single crystals. Materials science and engineering A, 2001, vol. 309, pp. 64–68.

Panchenko O. A., Lutsishin P. P. Static skin effect in tungsten. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1969, vol. 30, no. 5, pp. 841–844.

Kaganov M. I., Edelman V. S. (Eds.) Elektrony provodimosti (Conduction electrons) Moscow: Nauka, 1985, 416 p. (In Russian)

Suzuki M., Tanuma S. The static skin effect in bismuth. Journal of the Physical Society of Japan, 1978, vol. 44, no. 5, pp. 1539–1546.

Bogod Yu. A., Gitsu D. V., Grozav A. D. Static skin effect and acoustoelectric instability in filamentous bismuth single crystals. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1986, vol. 63, no. 3, pp. 589–595.

Cherepanov A. N., Marchenkov V. V., Startsev V. E., Volkenshtein N. V., Glin’skii M. High-field galvanomagnetic properties of compensated metals under electron-surface and intersheet electron-phonon scattering (tungsten). Journal of Low Temperature Physics, 1990, vol. 80, no. 3/4, pp. 135–151.

Marchenkov V. V. Quadratic temperature dependence of magnetoresistivity of pure tungsten single crystals under static skin effect. Low Temperature Physics, 2011, vol. 37, no. 10, pp. 852–855.

Hasan M. Z., Kane C. L. Topological Insulators. Reviews of Modern Physics, 2010, vol. 82, 3045.

Liu Y. H., Chong C. W., Jheng J. L., Huang S. Y., Huang J. C. A., Li Z., Qiu H., Hu-ang S. M., Marchenkov V. V. Gate-tunable coherent transport in Se-capped Bi2Se3 grown on amorphous SiO2/Si. Applied Physics Letters, 2015, vol. 107, 12106.

Liu Y., Chong C., Chen W., Huang J. A., Cheng C., Tsuei K., Li Z., Qiu H., Marchenkov V. V. Growth and characterization of MBE-grown (Bi1-xSbx)2Se3 topological insulator. Japanese Journal of Applied Physics, 2017, vol. 56, 70311

Downloads

Additional Files

Published

2018-11-21

How to Cite

Беликов (Alexander S. Belikov) А. С., Коренистов (Pavel S. Korenistov) П. С., & Марченков (Vyacheslav V. Marchenkov) В. В. (2018). Bulk and surface conductivity of pure tungsten single crystals under static skin effect. Bulletin of Perm University. Physics, (3(41). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-3-08-13

Issue

No. 3(41) (2018)

Section

Regular articles

License

Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).

Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.

Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.

Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.

Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.

Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.

Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru

Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.