مکانیزم انتقال بار
مکانیسم های انتقال بار مدل های نظری هستند که هدف آنها توصیف کمی جریان جریان الکتریکی از طریق یک محیط است.
جامدات بلوری و جامدات مولکولی دو مورد شدید متفاوت از مواد هستند که مکانیزم های انتقال بار کاملاً متفاوتی از خود نشان می دهند. در حالی که در حمل بار جامدات اتمی "درون" مولکولی است ، همچنین به عنوان انتقال بار در باند یا نوار شناخته می شود ، در جامدات مولکولی انتقال بار بین مولکولی است ، همچنین به عنوان انتقال جهشی شناخته می شود. این دو مکانیسم متفاوت باعث تحرک پذیری متفاوت می شوند .
در جامدات بی نظم ، پتانسیل های بی نظم منجر به اثرات ضعیف موضعی (تله ها) می شود که باعث کاهش میانگین مسیر آزاد و از این رو تحرک بارهای متحرک می شود. ترکیب مجدد حامل همچنین باعث کاهش تحرک می شود.
با شروع از قانون اهم و استفاده از تعریف رسانایی ، می توان برای جریان به عنوان تابعی از حامل بار μ و میدان الکتریکی اعمال شده ، عبارت مشترک زیر را بدست آورد:
رابطه formula_2 هنگامی است که غلظت حالتهای موضعی به طور قابل توجهی بالاتر از غلظت حاملهای بار است ، و با این فرض که پرش‌ها از یکدیگر مستقل هستند.
به طور کلی ، تحرک حامل μ به دما T ، به میدان الکتریکی اعمال شده E و غلظت حالت های موضعی N بستگی دارد. بسته به مدل ، افزایش دما ممکن است تحرک حامل را افزایش یا کاهش دهد ، میدان الکتریکی اعمال شده می تواند با کمک به افزایش تحرک یونیزاسیون حرارتی بارهای به دام افتاده و افزایش غلظت حالت های موضعی ، تحرک را نیز افزایش دهد. حمل و نقل شارژ در یک ماده ممکن است بسته به نوع و دمای اعمال شده توسط مدلهای مختلف توصیف شود.
تحرک حامل به شدت به غلظت حالت های موضعی به صورت غیرخطی بستگی دارد. در مورد پریدن نزدیکترین همسایه ، که حد غلظت های کم است ، می توان عبارت زیر را برای نتایج آزمایشی تطبیق داد:
جایی که formula_4 غلظت است و formula_5 طول موضعیت حالات موضعی است. این معادله مشخصه پرش حامل بار نامنسجم است که در غلظت های کم صورت می گیرد ، جایی که عامل محدود کننده، افت نمایی احتمال پرش با فاصله بین سایتهاست.
بعضی اوقات این رابطه به جای جریان برای هدایت بیان می شود:
جایی که formula_4 غلظت سایت های توزیع شده به طور تصادفی است ، formula_8 غلظت مستقل است ، formula_5 شعاع موضعیت است ، و formula_10 یک ضریب عددی است.
در غلظت های بالا ، انحرافی از مدل نزدیکترین همسایه مشاهده می شود و به جای توصیف حامل بار ، از هاپینگ با دامنه متغیر استفاده می شود. از هاپینگ با دامنه متغیر می توان برای توصیف سیستم های بی نظم مانند پلیمرهای دوپ شده با مولکول ، شیشه‌های با وزن مولکولی کم و پلیمرهای کونژوگه استفاده کرد. در حد سیستمهای بسیار رقیق ، وابستگی نزدیکترین همسایه formula_11 معتبر است ، اما فقط با formula_12 .
در تراکم حامل کم ، فرمول موت برای هدایت وابسته به دما برای توصیف حامل بار استفاده می شود. در هاپینگ متغیر داریم:
که formula_14 یک پارامتر است که دمای مشخصه را نشان می دهد. برای دمای پایین ، با فرض یک شکل سهموی از تراکم حالت های نزدیک به سطح فرمی ، رسانایی توسط:
نشان داده می شود و در تراکم حامل بالا ، وابستگی به آرنیوس مشاهده می شود:
در حقیقت ، رسانایی الکتریکی مواد بی نظم تحت بایاس DC دارای شکل مشابهی برای یک دامنه دمایی بزرگ است که به عنوان هدایت فعال نیز شناخته می شود:
زمینه های الکتریکی بالا باعث افزایش تحرک مشاهده شده می شود:
نشان داده شد که این رابطه طیف وسیعی از نقاط قدرت میدان را حفظ می کند.
قسمتهای واقعی و خیالی رسانایی AC برای طیف وسیعی از نیمه هادیهای بی نظم به شکل زیر است:
که در آن C ثابت است و s معمولاً کوچکتر از وحدت است.
در نسخه اصلی آن مدل مانع تصادفی (RBM) برای رسانایی AC در جامدات بی نظم پیش بینی شده است
formula_21
اینجا formula_8 رسانایی DC است و formula_23 زمان مشخصه (فرکانس معکوس) شروع رسانایی AC است. بر اساس حدس تقریباً دقیق الکساندر-اورباخ برای بعد هارمونیک خوشه تراکم ، نمایش دقیق تر هدایت RBM AC در سال 2008 ارائه شده است
formula_24
که در آن formula_25 و formula_26 فرکانس مقیاس گذاری شده است.
مقاومت الکترونیکی الکترولیت های لایه نازک مشابه هدایت الکترون، به میدان الکتریکی اعمال شده بستگی دارد ، به طوری که وقتی ضخامت نمونه کاهش می یابد ، هم به دلیل کاهش ضخامت و هم افزایش رسانایی ناشی از میدان ، هدایت بهبود می یابد. وابستگی میدانی چگالی جریان j از طریق یک رسانای یونی ، با فرض اینکه یک مدل پیاده روی تصادفی با یونهای مستقل تحت یک پتانسیل تناوبی بدست آمده است:
که در آن α جدایی بین سایت است.
توصیف خصوصیات انتقال بار،ر مستلزم ساخت دستگاه و اندازه گیری خصوصیات ولتاژ جریان آن است. دستگاه هایی برای مطالعاتانتقاللبار معمولاً توسط رسوبات لایه نازک یا اتصالات شکسته ساخته می شوند . مکانیسم حمل و نقل غالب در یک دستگاه اندازه گیری شده را می توان با تجزیه و تحلیل هدایت افتراقی تعیین کرد. در فرم دیفرانسیل ، مکانیسم انتقال را می توان بر اساس ولتاژ و درجه حرارت وابسته به جریان از طریق دستگاه تشخیص داد.  بیان تحرک به عنوان محصولی از دو اصطلاح ، اصطلاح مستقل از زمینه و اصطلاح وابسته به زمینه ، معمول است:
جایی که formula_29 انرژی فعال سازی است و β وابسته به مدل است. به عنوان مثال ، برای پولپ - فرنکل ،
وقتی ارتفاع سد کم است ، تونل زدن و انتشار ترمونیک معمولاً مشاهده می شود. تونل زنی با کمک حرارت یک مکانیسم "ترکیبی" است که سعی در توصیف طیف وسیعی از رفتارهای همزمان ، از تونل زنی تا انتشار حرارتی دارد.