金属 抵抗率の温度特性の再検討 - 平均自由行程と残留抵抗の新しい解釈 -

カテゴリ: 研究会(論文単位)

論文No: EDD23032,SPC23215

グループ名: 【C】電子・情報・システム部門 電子デバイス/【D】産業応用部門 半導体電力変換合同研究会

発行日: 2023/10/23

タイトル(英語): Reexamination of Temperature Characteristics of Metal Resistivity - New Interpretation of Mean Free Path and Residual Resistance -

著者名: 高田 育紀(なし)

著者名(英語): Ikunori Takata(--)

キーワード: 抵抗率|平均自由行程|平均衝突時間|残留抵抗|超電導|遷移元素|resistivity|mean free path|relaxation time|residual resistance|superconductivity|transition elements

要約(日本語): 半導体の伝導特性は金属の``自由電子モデル''を基に説明されている。この1900年台の前半に提示された``自由電子モデル''は、オームの法則や熱伝導率と電気伝導率と間の比例関係を説明できたが、運動量緩和時間とか、それと実質的に同じ意味を有する平均自由行程の算出は(特定の温度に限っても)今日でも出来ないようだ。例えば``平平均自由行程'は、金属種に係わらず原子換距離の10倍程度になると経験的に知られているだけである。何よりも、自由電子は金属中でフェルミ速度(約1,500 km/s)を有しているはずだが、なぜ金属中の電子伝導は熱運動(v_th?10^5 m/s)による散乱現象と説明されているのだろうか。_x000D_ 本論文では、まず``平均自由行程''は電子の運動成分波の波長に等しいことを提起したい(L_m = λ_k)。そうすれば、良く知られた抵抗率の温度特性(ρ ∝ T)特性が簡単に説明できる。次に"残留抵抗''と"超電導"が互いに相補的に現れる現象であることを示して、それが遷移元素のd電子やf電子が通常の2倍の半径の軌道を有するとすれば説明し得ることを示したい。

要約(英語): The conduction properties of semiconductors are explained on the basis of the "free electron model" of metals. The "free electron model" presented in the early 1900s was able to explain Ohm's law (R = V / I) and the proportionality between thermal and electrical conductivity._x000D_ However, even today, it seems impossible to calculate the "average collision time τ_m or the "mean free path" L_m, which has practically the same meaning, even if limited to a particular temperature. For example, it is only known empirically that the L_m is about 10 times the interatomic distance, regardless of the metal species. Above all, why can the conduction of free electrons in a metal be regarded as a scattering phenomenon due to thermal motion with v_th =10^5 m/s, when free electrons should have Fermi velocity v_F =1.5 x 10^6 m/s in the metal?_x000D_ _x000D_ In this paper, we would first like to propose that the L_m is equal to the wavelength of the electron's kinetic component wave (L_m = λ_k). Then, the well-known temperature characteristic of resistivity (ρ ∝ T) can be easily explained. _x000D_ Next, we would like to show that "residual resistance" and "superconductivity" are complementary phenomena, which can be explained if d- or f-genus electrons of the transition elements have orbitals of twice the normal radius.

本誌: 2023年10月26日-2023年10月27日電子デバイス/半導体電力変換合同研究会-1

本誌掲載ページ: 35-46 p

原稿種別: 日本語

PDFファイルサイズ: 1,617 Kバイト