J. Phys. France 45, 1689-1698 (1984)
DOI: 10.1051/jphys:0198400450100168900

Negative temperature coefficient of resistivity in samples of Nb 3Ge irradiated by electrons or heavy ions

F. Rullier-Albenque¹, L. Zuppiroli¹ et F. Weiss<sup>2

1</sup>  Section d'Etude des Solides Irradiés, Centre d'Etudes Nucléaires, B.P. n° 6, 92260 Fontenay-aux-Roses, France
²  Laboratoire des Matériaux, ENSIEG, ER 155, B.P. 46, 38402 St Martin d'Hères, France

Abstract
Nb3Ge samples have been irradiated at low temperature (T ˜ 20 K) by two drastically different irradiation projectiles : 2.5 MeV electrons and ˜ 100 MeV heavy ions (uranium fission fragments). The resistivity has been measured versus temperature before and after these irradiations. For both projectiles negative temperature coefficients of resistivity dρ/dT were measured and correlated with the residual resistivity p. These anomalous transport properties are discussed and compared to the results of the recent theories on the subject. It is qualitatively clear that the change of sign of the temperature coefficient of resistivity, occurring in a system where the electronic mean free path is of the order of the atomic distance, is indeed related to some localization process, helped by electron-phonon and electron-electron interactions. In other words, the deviation of the resistivity from the Boltzmann nearly free electron behaviour is due to some interference effect between impurity scattering and electron-phonon and/or electron-electron scattering. While the theory of defect induced tunnelling in strongly disordered metals developed by Belitz and Schirmacher seems to be the most appropriate for the explanation of the heavy ion irradiation results, although it includes electron-phonon interactions only, electron irradiation results reveal the necessity of including the interplay with Coulomb interactions as in the model of Alt'shuler and Aronov.

Résumé
Des échantillons de Nb3Ge ont été irradiés à basse température (T˜ 20 K) par deux projectiles aussi violemment différents que des électrons de 2,5 MeV et des ions lourds d'environ 100 MeV (fragments de fission de l'uranium). La résistivité a été mesurée en fonction de la température avant et après irradiation. Pour les deux types de particules des valeurs négatives du coefficient de résistivité avec la température dρ/dT sont mesurées et corrélées à la résistivité résiduelle. Ces propriétés de transport anormales sont discutées et comparées aux résultats des récentes théories consacrées à ce sujet. Qualitativement, il semble clair que, s'agissant d'un système où le libre parcours des électrons est de l'ordre de la distance interatomique, le changement de signe du coefficient dρ/dTest relié à un processus de localisation des électrons avec la participation d'interactions électron-phonon et électron-électron. En d'autres termes, l'ecart entre les valeurs expérimentales et la théorie de Boltzmann du transport dans un gaz d'électrons presque libres est dû à l'interférence entre les collisions sur les impuretés, les collisions électron-phonon et (ou) les collisions électron-électron. Alors que la théorie de Belitz et Schirmacher sur l'effet tunnel induit par les défauts dans les métaux très désordonnés semble la plus appropriée pour expliquer les résultats d'irradiation aux ions lourds, bien qu'elle n'inclue que les interactions électron-phonon, les résultats des irradiations aux électrons révèlent la nécessité d'inclure les interactions coulombiennes comme dans le modèle de Alts'huler et Aronov.

PACS
7215E - Electrical and thermal conduction in crystalline metals and alloys.
6180J - Ion radiation effects.

Key words
electrical conductivity of crystalline metals and alloys -- electron beam effects -- electron mean free path metals -- electron phonon interactions -- germanium alloys -- impurity scattering -- ion beam effects -- niobium alloys -- tunnelling