グルジ効果

グルジ効果は1963年にラディ・グルジによって理論的に予測され^{[ 1 ] [ 2 ]} 、電気抵抗の減少から成ります。${\displaystyle R}$有限サイズの導体の温度上昇に伴う${\displaystyle T}$（つまり状況）$dR/dT<0$ある温度範囲において）。グルジ効果は通常、導電性媒体における電子の流体力学的輸送の証拠と考えられています^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}。グルジ効果のメカニズムは次のとおりです。導体の抵抗値は、${\displaystyle l_{lost}=\min\{l_{boundary},l_{V}\}}$—電子＋フォノン系からの運動量損失に対応する平均自由行程$${\displaystyle R\propto {\frac {1}{l_{lost}}},}$$どこ ${\displaystyle l_{境界}}$は、電子が境界との連続する2つの相互作用の間に通過する平均距離であり、 ${\displaystyle l_{V}}$は、運動量損失の他の可能性に対応する平均自由行程である。境界からの電子の反射は拡散的であると仮定する。

気温が低いときは弾道輸送があり、${\displaystyle l_{ee}\gg d}$、 ${\displaystyle l_{lost}\approx l_{boundary}\approx d}$、 どこ${\displaystyle d}$導体の幅、${\displaystyle l_{ee}}$は、有効な通常の電子-電子衝突（つまり、全電子+フォノン運動量の損失がない衝突）に対応する平均自由行程です。低温では、電子から放出されたフォノンは、全電子+フォノン運動量の損失なしに別の電子とすぐに相互作用し、${\displaystyle l_{ee}\approx l_{ep}}$、 どこ ${\displaystyle l_{ep}\propto T^{-5}}$は電子-フォノン衝突に対応する平均自由行程である。また、我々は$\displaystyle d\ll l_{V}}$したがって、最低温度における抵抗は一定である。${\displaystyle R\propto d^{-1}}$（図を参照）。温度が上昇するとグルジ効果が現れます。${\displaystyle l_{ee}\ll d}$この領域では、境界との連続する2回の相互作用間の電子拡散長は、運動量損失の自由行程とみなすことができる。${\displaystyle l_{lost}\approx l_{boundary}\approx d^{2}/l_{ee}}$抵抗は${\displaystyle R\propto l_{ee}(T)/d^{2}\propto T^{-5}d^{-2}}$したがって、負の導関数が得られます$dR/dT<0$したがって、グルジ効果は次のような場合に観察できます。${\displaystyle l_{ee}\ll d\ll d^{2}/l_{ee}\ll l_{V}}$。

グルジ効果は、電気抵抗が通常の衝突の頻度に依存するという特異な状況に対応する。この効果は、有限の特性サイズを持つ境界の存在によって生じることがわかる。 ${\displaystyle d}$その後、Gurzhiのグループはスピン輸送における電子流体力学の特別な役割を発見した。^{[ 9 ] [ 10 ]}このような場合、磁気不均一性はスピン拡散長^{[ 11 ]}を特徴的なサイズとする「境界」の役割を果たします。${\displaystyle d}$これまでと同様です。この磁気的不均一性により、一方のスピン成分の電子は停止し、もう一方のスピン成分の電子にとって効果的な散乱体となります。この場合、導体の磁気抵抗は、通常の電子間衝突の頻度とグルジ効果の両方に依存します。