Zur protonischen Leitfähigkeit von Eis-Einkristallen bei tiefen Temperaturen und hohen Feldstärken

Zusammenfassung

Im Laufe einer Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Eis-Einkristallen wurde eine Technik zur Erzeugung elektrischer Feldstärken von 450 kV/cm bei tiefen Temperaturen entwickelt. Von speziell konstruierten Pd-Elektroden wurden Protonen in die Probe injiziert. Die gefundenenI – V (Strom-Spannungs)-Kennlinien zeigten einen Verlauf, wie er von raumladungsbegrenzten Strömen inelektronischen Halbleitern gut bekannt ist. Die Konzentration und die Tiefe der Protonen-Haftstellen, und die Temperaturabhängigkeit der Protonen-Beweglichkeit wurden in einem großen Temperaturbereich bis hinunter zu 77°K untersucht. Auf Grund dieser Beobachtungen werden eine Reihe von Mechanismen vorgeschlagen, die zur Protonen-Leitfähigkeit beitragen.

Résumé

Au cours d'une recherche sur la conductibilité électrique de monocristaux de glace, nous avons été amenés à développer une technique pour produire des champs électriques de 450 kV/cm, à basse température. On injecte des protons dans l'échantillon, à partir d'électrodes spéciales recouvertes de palladium. Les caractéristiquesI – V (intensité du courant en fonction de la tension appliquée) se sont révélées être semblables aux courbes représentant l'intensité des courants limités par la charge spatiale en fonction de la tension, courants bien connus pour les semiconducteursélectroniques. La concentration volumique et la profondeur des pièges à protons ont été étudiées, ainsi que la mobilité des protons (expériences effectuées dans un grand intervalle de température: limite inférieure 77°K). A la suite de ces observations, nous avons proposé des mécanismes pour la conductibilité protonique.

Abstract

In the course of an investigation of the electrical conductivity of ice single crystals a technique was developed for achieving electric fields of 450 kV/cm at low temperatures. Protons were injected into the sample from specially designed Pd electrodes. TheI – V (current-voltage) characteristics were found to resemble those due to space-charge limited currents which are well known inelectronic semiconductors. The concentration and depth of proton-traps, and the temperature dependence of the proton mobility were studied over a temperature range with a lower limit of 77°K. On the basis of these observations a number of mechanisms are proposed which contribute to the proton conductivity.