Наноструктуры в двумерных электронных системах

• Автор: Мельников, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Краевые состояния в двумерном электронном газе в режиме целочисленного квантового эффекта Холла

1.1.1 Транспорт между краевыми состояниями в структурах с одним двумерным слоем

1.1.2 Транспорт между краевыми состояниями в структурах с двумя тун-

нельно связанными двумерными слоями

1.2 Создание наноструктур методом локального анодного оксидирования

1.2.1 Нано-оксидирование титановых пленок

1.2.2 Нано-оксидирование гетероструктур Оа[А1]Ав

1.3 Баллистический транспорт через наноструктуры в двумерном электронном газе гетеропереходов
Оа[А1]Ав
1.3.1 Квантовый точечный контакт
1.3.2 Квантовая точка
2 Перенос заряда между краевыми состояниями в двумерных электронных
системах
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Образцы
2.3 Методика эксперимента

2.4 Механизм релаксации в транспорте между расщепленными по спину кра-
евыми состояниями при сильном разбалансе в однослойной двумерной электронной системе
2.5 Влияние объемного фазового перехода на краевой энергетический спектр в двумерной двуслойной
электронной системе
3 Создание наноструктур методом высоковольтного локального анодного оксидирования в атомно-силовом микроскопе, и их тестирование
3.1 Установка для нанолитографии
3.2 Методика нанолитографии
3.3 Интерферометры на тонких пленках титана
3.4 Открытая квантовая точка в гетероструктуре
Оа[А1]Аз с двумерным газом на глубине 80 нм под поверхностью
3.5 Управляемый квантовый точечный контакт в гетероструктуре Оа[А1]Аз с
двумерным газом на глубине 37 нм под под поверхностью
4 Электронный транспорт через открытую квантовую точку при низких температурах в нормальных магнитных полях
4.1 Экспериментальная установка
4.2 Методика эксперимента
4.3 Экспериментальные результаты
4.4 Обсуждение
Заключение
Литература

Введение
В современной физике твердого тела вызывают большой интерес методы создания и исследования транспортных свойств субмикронных структур (наноструктур) пониженной размерности. С одной стороны, это связано с нуждами электронной промышленности и, в частности, с процессом миниатюризации. С другой стороны, низкоразмерные структуры субмнкронного масштаба (размерностью меньше двух) представляют значительный интерес для фундаментальной науки в силу широкого разнообразия их квантовых свойств. Большой класс таких структур изготавливается на основе квази-двумерных (далее - просто двумерных) электронных систем, которые уже несколько десятилетий привлекают к себе внимание исследователей всего мира. К двумерным системам относятся, например, достаточно тонкие металлические пленки и полупроводниковые гетероструктуры с двумерным электронным газом. При этом в настоящее время существует множество методов создания наноструктур, применение которых зависит от поставленной задачи и имеющегося оборудования.
Диссертация содержит исследовательскую часть, связанную с изучением свойств краевых каналов в условиях целочисленного квантового эффекта Холла и исследованием интерференции в открытой квантовой точке; а также методическую часть, связанную с изготовлением и тестированием квантовых наноструктур на базе высокоподвижных двумерных электронных слоев.
Исследовательская часть работы имеет дело с одномерными краевыми каналами, в которых предполагается существование нового состояния - Латтинжеровской жидкости, и с изучением интерференционных явлений в квантовых низкоразмерных объектах.
Методическая часть работы связана с адаптацией метода локального анодного оксидирования к изготовлению квантовых наноструктур на базе высокоподвижных двумерных электронных слоев. Сочетание исследований свойств одномерных электронных состояний с развитием методических возможностей создания квантовых наноструктур

Глава
Перенос заряда между краевыми состояниями в двумерных электронных системах
2.1 Экспериментальная установка
Исследования транспорта между краевыми состояниями были выполнены на рефрижераторе растворения Не3 в Не4 Oxford TLM-400 с сверхпроводящим соленоидом.
Коротко принцип действия рефрижератора растворения следующий (подробнее см. [156]). В условиях низких температур жидкая смесь изотопов Не3 и Не4, находящаяся в камере растворения, разделяется на две компоненты ниже температуры расслоения (зависящей от концентрации смеси в диапазоне до 1 К). В одной из компонент выше содержание Не3, а в другой - Не4. Плотность первой фазы меньше, поэтому она всплывает над второй. При дальнейшем понижении температуры происходит уменьшение концентрации Не4 в верхней фазе практически до нуля, тогда как концентрация Не3 в нижней фазе сохраняется конечной и довольно высокой (примерно 7 %) вплоть до абсолютного нуля температур. Нижняя фаза соединена трубкой с камерой (стилом). В стиле происходит откачка паров Не3 с поверхности жидкости, поскольку при поддерживающейся там температуре 0.6 - 0.7 К концентрация паров Не3 примерно в 1000 раз выше, чем паров Не4. Возникающая при этом в насыщенной Не4 фазе разность осмотических давлений Не3 в камере растворения и в стиле приводит к оттоку растворенного Не3 из камеры