Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (6), 621–627
Features of tunneling current-voltage characteristics in dielectric films with Ni, Fe and Co nanoparticles, investigated by conductive AFM and within the framework of the theory of 1D-dissipative tunneling
Mikhail B. Semenov – Penza State University, Penza, Russia; misha29.02.1@gmail.com
Vladimir D. Krevchik – Penza State University, Penza, Russia
Dmitry O. Filatov – Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, Nizhnij Novgorod, Russia
Dmitry A. Antonov – Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, Nizhnij Novgorod, Russia
Alexey V. Shorokhov – Penza State University, Penza, Russia; alex.shorokhov@gmail.com
Alexander P. Shkurinov – Institute for Problems of Laser and Information Technologies RAS, Moscow reg., Russia
Ilya A. Ozheredov – Institute for Problems of Laser and Information Technologies RAS, Moscow reg., Russia
Pavel V. Krevchik – Penza State University, Penza, Russia
Alexey V. Razumov – Penza State University, Penza, Russia
Alexey S. Kotov – Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, Nizhnij Novgorod, Russia
Ilya S. Antonov – Penza State University, Penza, Russia
Ivan M. Semenov – Penza State University, Penza, Russia
Corresponding author: Mikhail B. Semenov, misha29.02.1@gmail.com
PACS 73.63-b, 68.37 Ps, 68.37 Ef
DOI 10.17586/2220-8054-2022-13-6-621-627
ABSTRACT In this work, we have experimentally investigated the features of tunneling current-voltage (I–V) curves in the case of 1D-dissipative tunneling in the limit of weak dissipation for various both synthesized (and in the process of synthesis) metallic nanoparticles (NPs) (Ni, Co, Fe) in a combined atomic force microscope/scanning tunneling microscope (AFM/STM) system in an external electric field. It is shown that for individual tunneling I–V curves, a single peak is observed at one of the polarities. In the process of synthesizing metallic nanoparticles with a change in polarity, instead of nanoclusters, it is possible to synthesize toroidal structures (shown by the example of “growing” Ni-NPs). The investigated effects of 1D-dissipative tunneling made it possible to develop the author’s method of controlled growth of quantum dots in a combined AFM/STM system. A qualitative agreement was obtained between the experimental and theoretical results, which allows us to assume the possibility of experimental observation of the macroscopic dissipative tunneling effects and thereby confirm the hypothesis expressed in the pioneering works of A. J. Leggett, A. I. Larkin, Yu. N. Ovchinnikov and other authors.
KEYWORDS metal nanoparticles, dissipative tunneling, conductive AFM
ACKNOWLEDGEMENTS The authors thank prof. A. J. Leggett for helpful discussions, as well as IPLIT RAS, Collective Use Center of Moscow State University, named by M. V. Lomonosov and SEC “Physics of Solid-State Nanostructures” UNN named after N. I. Lobachevsky for help with the experimental part of this work. This work was supported by grant from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation 0748-2020-0012. The part of this work was supported by RFBR (project 20-02-00830).
FOR CITATION Semenov M.B., Krevchik V.D., Filatov D.O., Antonov D.A., Shorokhov A.V., Shkurinov A.P., Ozheredov I.A., Krevchik P.V., Razumov A.V., Kotov A.S., Antonov I.S., Semenov I.M. Features of tunneling current-voltage characteristics in dielectric films with Ni, Fe and Co nanoparticles, investigated by conductive AFM and within the framework of the theory of 1D-dissipative tunneling. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (6), 621–627.
[In Russian] Михаил Б. Семенов, Владимир Д. Кревчик, Дмитрий А. Антонов, Алексей В. Шорохов, Александр П. Шкуринов, Илья А. Ожередов, Павел В. Кревчик, Алексей В. Разумов, Алексей С. Котов, Илья С. Антонов, Иван М. Семенов
Особенности туннельных вольт-амперных характеристик в диэлектрических пленках с наночастицами Ni, Fe и Co, исследованные методом проводящей атомной силовой микроскопии (АСМ) и в рамках теории 1D – диссипативного туннелирования
АННОТАЦИЯ В настоящей работе экспериментально исследованы особенности туннельных вольт-амперных характеристик (ВАХ) при 1D-диссипативном туннелировании в пределе слабой диссипации для различных как синтезированных (так и в процессе синтеза) металлических наночастиц (НЧ) Ni, Co и Fe в системе совмещенного атомного силового и сканирующего туннельного микроскопа (АСМ/СТМ) во внешнем электрическом поле. Показано, что для отдельных туннельных ВАХ наблюдается единичный пик при одной из полярностей. В процессе синтеза металлических наночастиц с изменением полярности вместо нанокластеров можно синтезировать тороидальные структуры (показано на примере «растущих» Ni-НЧ). Исследование эффектов 1D-диссипативного туннелирования позволило разработать авторский метод управляемого роста наночастиц в системе совмещенного атомного силового и сканирующего туннельного микроскопа (АСМ/СТМ). Получено качественное совпадение экспериментальных и теоретических результатов, что позволяет предположить возможность экспериментального наблюдения макроскопических диссипативных туннельных эффектов и тем самым подтвердить гипотезу, высказанную в «пионерских» работах Нобелевского лауреата Э.Дж. Леггета, академика РАН А.И. Ларкина, профессора Ю.Н. Овчинникова (ИТФ РАН им. Л.Д. Ландау) и других авторов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА металлические наночастицы, диссипативное туннелирование, метод проводящей атомной силовой микроскопии
