Межэлектронное взаимодействие в двумерных системах с изоспиновой степенью свободы

• Автор: Храпай, Вадим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 109 с. : ил

Оглавление
Введение
1 Обзор литературы
1.1 Магнитосопротивление двумерной электронной системы в параллельном интерфейсу магнитном поле
1.2 Двухслойная электронная система в квантующем магнитном поле
1.3 Двумерная электронная система в инверсионных слоях на поверхности (100)
кремниевых МДП-сгруктур
2 Экспериментальная техника и образцы
2.1 Экспериментальная установка
2.2 Устройство образцов
2.3 Экспериментальные методы
3 Результаты, полученные в структурах АЮаАа/ОаАв
3.1 2М электронная система в параллельном магнитном поле
3.2 Открытие энергетических щелей в мягкой двухслойной системе в наклонных
магнитных полях
3.3 Экспериментальное наблюдение наклонной антиферромагнитной фазы при и =
2 в двухслойной системе в наклонных магнитных полях
4 Измерение энергетических щелей в (100) кремниевой МДП-структуре
4.1 Усиленное долинное расщепление
4.2 Циклотронная и спиновая щели

5 Модельные расчеты
5.1 Спиновый эффект в 2М газе с анизотропной эффективной массой
5.2 Спектр мягкой двойной квантовой ямы в квантующем поле в приближении двух
”<5” ям

Заключение

Литература

Введение
Исследования квазидвумерных электронных н дырочных систем самого разного типа привлекают внимание уже на протяжении приблизительно 40 лет — со времени изобретения в шестидесятых годах прошлого века полевого транзистора на основе кремниевых МДП (Металл-Диэлектрик-Полупроводник, глава 2.3) структур [1]. Особенный фундаментальный интерес здесь вызывают 1 исследования целочисленного и дробного квантовых эффектов Холла [2] (КЭХ), проблемы локализации и перехода металл-изолятор в двумерной системе заряженных частиц.
Безусловно, одной из основных причин такого неослабевающего интереса являются всегда присутствующие в реальной системе взаимодействия между частицами. Именно взаимодействие препятствует свободному движению частицы во внешних полях, не только приводя к совершенно новым физическим явлениям, но и одновременно осложняя их теоретическое понимание — просто в силу невозможности точного решения задачи многих частиц. Прогресс, достигнутый в изготовлении полупроводниковых структур, обогатил двумерную физику последнего времени некоторыми весьма яркими результатами (часть из них упоминается и обсуждается в настоящей диссертационной работе), позволив значительно больше узнать по меньшей мере о проявлении межчастичных взаимодействий в реальных двумерных системах.
Возможно самой ’’горячей” темой последних лет являются исследования двумерных систем с изоспиновой степенью свободы. По своей сути изослин есть не что иное как число, обозначающее одно из возможных (как правило двух) состояний электрона, в которых он может находиться — номер слоя в многослойной квантовой яме, долины в многодолинном полупроводнике или даже просто подзоны в обычной одиночной квантовой яме. Нетрудно понять, что при наличии п таких ’’главных” состояний, любая их квантовомеханическая суперпозиция взаимно-однозначно соответствует некоторому спинорному столбцу высоты п. В случае п = 2 'вызывали и, без сомнения, будут еще долго вызывать

ными донорами и двумерными электронами. Кроме того, металлический затвор на поверхности структуры позволяет изменять концентрацию электронов, одновременно дополнительно искажая форму ямы. Для примера на рисунке 2.36 изображен рассчитанный в [91] профиль квантовой ямы при напряжении между затвором и слоем V3 = —0.2В2.
2.3 Экспериментальные методы Измерение сопротивления двумерной системы
При измерении продольного магнитосопротивления 2М электронного газа в гетеропереходе AlGaAs/GaAs (пар. 3.1) нами использовался стандартный четырехточечный метод, когда ток между истоковым и стоковым контактами образца задается во внешней цепи резистором сравнительно большого (~ 100 МОм) номинала, а регистрируется падение напряжения на двух других (потенциальных) контактах. Основные проблемы при низкотемпературных (Т ~ 30 мК) измерениях связаны с малой величиной измерительного тока (~1 нА), ограниченной возможностью перегрева электронной системы, и, соответственно, устранением электрических шумов. Весьма эффективно эти проблемы преодолеваются при помощи техники синхронного детектирования о которой кратко рассказано ниже. Отметим, что техника синхронного детектирования в равной степени использовалась нами и при измерениях магнито-емкости, поэтому название настоящего небольшого раздела в известной степени условно.
Идея синхронного детектирования основана на выделении сигнала определенной частоты /о при помощи его перемножения с опорным сигналом той же частоты и последующего усреднения. Действительно, в результате такого перемножения любой сигнал отличной от опорной частоты / даст на выходе умножителя переменное напряжение частоты / - /0 ф 0, который может легко быть устранен при помощи низкочастотного (low-pass) фильтра. Низкочастотный фильтр (в простейшем случае — RC цепочка) усредняет сигнал, поступающий с умножителя, на порядки улучшая отношение (постоянного) сигнала к (переменному) шуму. Постоянное напряжение на выходе умножителя зависит от амплитуды измеряемого сигнала и сдвига фазы относительно опорного сигнала, позволяя выделить обе эти величины. Чувствительность метода напрямую связана с шириной полосы пропускания низкочастотного филь-
2если на рисунке 2.3а энергии дна зоны проводимости отсчитывается от дна в GaAs, то на рисунке б за точку отсчета взят уровень электрохимического потенциала двумерного газа двойной ямы