Issue
J. Phys. France
Volume 50, Number 18, septembre 1989
Page(s) 2709 - 2716
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:0198900500180270900
J. Phys. France 50, 2709-2716 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:0198900500180270900

An intrinsic mechanism breaking universality in the conductance fluctuations of realistic mesoscopic disordered metals

M. T. Béal-Monod1 et G. Forgacs2

1  Physique des Solides , Université de Paris-Sud, 91400 Orsay, France
2  Physics, Clarkson University, Potsdam N.Y. 13376, U.S.A.


Abstract
Low temperature universal conductance fluctuations (UCF) of the order of e2/h have been recently observed in mesoscopic disordered metals, independent of sample size and degree of disorder. The theoretical explanation which followed assumed that the impurities, at the source of the disorder, were independent of each other. We reexamine this problem using the more realistic assumption that the impurities are, in fact, correlated and more and more so for increasing concentration. We show that the UCF are modified by these interactions : the e2/h result is multiplied by a numerical factor larger or smaller than one, depending on whether the impurities repel or attract each other. The modifications do depend, in particular, on the impurity concentration and thus on the degree of disorder. Therefore the universal character of the conductance fluctuations breaks down in realistic systems. Further experiments would be useful to test the present theory by comparing cases where the interactions are repulsive or attractive.


Résumé
Des fluctuations universelles de conductance (UCF) de l'ordre de e 2/h, ont été récemment observées à basse température dans des métaux désordonnés mésoscopiques, indépendamment de la taille de l'échantillon et du degré de désordre. L'explication théorique qui suivit supposait que les impuretés, source du désordre, étaient indépendantes les unes des autres. Nous réexaminons ce problème avec l'hypothèse plus réaliste que les impuretés sont en fait corrélées et d'autant plus que leur concentration est plus élevée. Nous montrons ainsi que les UCF sont modifiées par ces interactions : le résultat e2/h est multiplié par un facteur numérique plus grand ou plus petit que un, suivant que les impuretés se repoussent ou s'attirent. Les modifications dépendent, en particulier, de la concentration en impuretés et donc du degré de désordre. Par conséquent le caractère universal des fluctuations de conductance n'est plus vrai dans les systèmes réalistes. De nouvelles expériences seraient utiles pour tester cette théorie en comparant des cas où les interactions sont répulsives ou attractives.

PACS
7323 - Electronic transport in mesoscopic systems.
7215C - Electrical and thermal conduction in amorphous and liquid metals and alloys.

Key words
electrical conductivity of crystalline metals and alloys