Исследование проводниковых материалов. Медведев С.П - 15 стр.

   Для одновалентных металлов изменение остаточного сопротивления                 Как показывает эксперимент, линейная аппроксимация температурной
на 1 ат.% примеси ("примесный" коэффициент электросопротивления)               зависимости ρт (T) справедлива и до температур порядка (2/3)ΘD, где
подчиняется правилу Линде:                                                     ошибка не превышает 10%. Для большинства металлов характеристиче-
   Δ ρ ост = a + b ( Δ Z ) 2 ,                                (15)
                                                                               ская температура Дебая не превышает 400 – 450 К. Поэтому линейное
                                                                               приближение обычно справедливо при температурах от комнатной и вы-
   где a и b – константы, зависящие от природы металла и периода, кото-
                                                                               ше. В низкотемпературной области (T<<ΘD), где спад удельного сопро-
рый занимает в Периодической системе элементов примесный атом; ΔZ –
                                                                               тивления обусловлен постепенным исключением все новых и новых час-
разность валентностей металла – растворителя и примесного атома.
                                                                               тот тепловых колебаний (фононов), теория предсказывает степенную за-
   Из (15) следует, что влияние металлоидных примесей на снижение
проводимости сказывается сильнее, чем влияние примесей металлических           висимость ρт∼T5. В физике это соотношение известно как закон Блоха –
элементов.                                                                     Грюнайзена. Температурный интервал, в котором наблюдается резкая
                      ρ,мкОм м.                                                степенная зависимость ρт(T), обычно бывает довольно небольшим, причем
                   0,06                                                        экспериментальные значения показателя степени лежат в пределах
                                                                               от 4 до 6.


                   0,04
                                                        3


                  0,02                                      2
                                                    1




                          0   50   100        200               300 T,K
   Рисунок 9 – Температурные зависимости удельного сопротивления сплавов мед
    типа твердых растворов, иллюстрирующие правило Матиссена: 1 – чистая Cu;
                     2 – Cu – 1,03 ат.% In; 3 – Cu – 1,12 ат.% Nl                 Рисунок 8 – Зависимость удельного сопротивления металлического проводника
                                                                                  от температуры в широком диапазоне температур: а, б, в – варианты изменения
                                                                                         удельного сопротивления у различных расплавленных металлов
   Помимо примесей некоторый вклад в остаточное сопротивление, вно-
сят собственные дефекты структуры – вакансии, атомы внедрения, дисло-
кации, границы зерен. Концентрация точечных дефектов экспоненциально              В узкой области I, составляющей несколько кельвинов, у ряда метал-
возрастает с температурой и может достигать высоких значений вблизи            лов может наступить состояние сверхпроводимости (подробнее ранее) и
точки плавления. Кроме того, вакансии и междуузельные атомы легко              на рисунке виден скачок удельного сопротивления при температуре Tсв. У
возникают в материале при его облучении частицами высокой энергии,             чистых металлов совершенной структуры при стремлении температуры к
например, нейтронами из реактора или ионами из ускорителя. По изме-            ОК удельное сопротивление также стремится к 0 (пунктирная кривая), а
ренному значению сопротивления можно судить о степени радиационного            длина свободного пробега устремляется в бесконечность. Даже при обыч-
повреждения решетки. Таким же образом можно проследить и за восста-            ных температурах длина свободного пробега электронов в металлах в сот-
новлением (отжигом) облученного образца.                                       ни раз превышает расстояние между атомами (таблица 2).
   Изменение остаточного сопротивления меди на 1 ат.% точечных дефек              Таблица 2 – Средняя длина свободного пробега электронов
тов составляет: в случае вакансий 0,010 – 0,015 мкОм ⋅ Ом; в случае ато-                      при 0°С для ряда металлов (lср ⋅ 1010,м)
                                                                                                  Li          110          Cu          420
мов внедрения 0,005 – 0,010 мкОм ⋅ Ом.
                                                                                                  Na          350          Ag          570
   Остаточное сопротивление представляет собой весьма чувствительную
                                                                                                  K           370          Au          410
характеристику химической чистоты и структурного совершенства метал-                              Ni          133          Fe          220
лов. На практике при работе с металлами особо высокой чистоты для                 В пределах переходной области II происходит быстрый рост удельного
оценки содержания примесей измеряют отношение удельных сопротивле-
                                                                               сопротивления ρ(T), где n может быть до 5 и постепенно убывает с ростом
                                         18                                                                         15