Исследование межэлектронного взаимодействия в двумерных и квази-одномерных системах в арсениде галлия

• Автор: Прокудина, Мария Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
1 Введение

2 Обзор литературы

2.1 Двумерные системы в квантующих магнитных полях

2.1.1 Целочисленный квантовый эффект Холла

2.1.2 Дробный квантовый эффект Холла

2.1.3 Исследование несжимаемых состояний ДКЭХ

2.1.4 Краевой транспорт в двумерной системе в перпендикулярном магнитном поле

2.2 Неравновесное взаимодействие между квантовыми цепями

2.2.1 Неравновесное поведение в экспериментах drag-типa

2.2.2 Электрон-электронное, электрон-фононное взаимодействия, влияние размерности и законов сохранения
3 Термодинамические измерения
3.1 Экспериментальная установка
3.2 Образцы
3.3 Методика измерений
3.4 Экспериментальные результаты и обсуждение
3.4.1 Зависимость скачка химпотенциала от магнитного поля, фактора заполнения, учет беспорядка в системе
3.4.2 Анализ температурных зависимостей
4 Энергетическая релаксация в квазиодномерных системах
4.1 Образцы и методика измерений
4.2 Экспериментальные результаты и обсуждение
4.2.1 Нулевое магнитное поле: эффект противотока
4.2.2 Энергетическая релаксация в квазиодномерном случае квазиклассических электронов вблизи края
4.2.3 Энергетическая релаксация между краевыми каналами

4.2.4 Расчет и сравнение мощности кулоновского и электрон-
фононного взаимодействия
5 Заключение
6 Приложение

1 Введение
Изучение проявления межэлектронного взаимодействия в различных двумерных системах остается актуальным на протяжении вот уже нескольких десятилетий. Трудность заключается как в отсутствии теоретического описания, так и в реализации эксперимента из-за неидеальности системы. Теоретическое описание системы возможно при слабом взаимодействии электронов, когда кинетическая энергия много больше кулоновской, тогда их отношение является малым параметром, по которому производится разложение. При сильном взаимодействии между электронами (малой плотности) теряется пространственная однородность, и электроны образуют периодическую структуру, известную как вигнеровский кристалл. Область, соответствующая сильному взаимодействию, которое еще не приводит к кристаллизации, является наиболее плохо изученной и теоретически, и экспериментально. В этой области поведение двумерной системы определяется взаимодействием. Так, например, считается, что дробный квантовый эффект Холла обусловлен взаимодействие между электронами.
Диссертация содержит две исследовательских части: изучение скачка химического потенциала системы электронов с помощью термодинамических измерений в дробном квантовом эффекте Холла и изучение энергетической релаксации между компланарными квантовыми цепями. Взаимодействие электронов изучается в двумерной системе на основе гетероструктуры СаАэ. При этом в первой части измерения проводятся в системе, находящейся в термодинамическом равновесии, во второй части исследование энергетической релаксации проводится в сильно неравновесной системе.
В случае равновесной системы методом магнитоемкости измеряется термодинамическая плотность состояний в режиме дробного квантового эффекта Холла, по которой определяется величина скачка, испытываемая химпотен-циалом системы при дробных факторах заполнения, как функция магнитного поля, фактора заполнения и температуры. В частности, впервые удалось количественно описать сильную температурную зависимость в модели композитных фермионов. Анализ этой сильной температурной зависимости косвенно

Lock-in
Рис. 3: Схема измерений
на 2.5 мВ, что соответствует модуляции электронной плотности 9 х 108см-2. Ее величина подбиралась экспериментально и определялась линейностью отклика (амплитуда модуляции мала по сравнению с типичной шириной минимумов в емкости С(Уд) ~25 мВ). Для образца №3 амплитуда модуляции равна 2 мВ ( соответствующая модуляция плотности 6.5 х 108см-2). Варьируя постоянное напряжение на затворе, мы меняли концентрацию электронов в двумерном слое. С помощью преобразователя «ток-напряжение» и Ьоск-та измерялись с высокой точностью (~ 10-1в А) мнимая и действительная компоненты тока. В низкочастотном пределе мнимая компонента тока пропорциональна емкости С, а действительная компонента пренебрежимо мала. В этих условиях измерения не искажаются резистивными эффектами латерального транспорта, и система находится в состоянии термодинамического равновесия [22]. Сигнал с преобразователя подавался на вход Ьоск-та. Отсутствие тока утечки затвора контролировалось по показаниям электрометра (см.рис. 3).