Эффекты межэлектронного взаимодействия в квантовых гальваномагнитных явлениях в полупроводниковых гетероструктурах ?-и ?-типа
Диссертация
Развитие технологии изготовления структур с пониженной размерностью методом молекулярно — лучевой эпитакспи позволило получать слоистые структуры с точно заданными составом и толщиной слоев вплоть до атомных. Наиболее физически интересные из них — двумерные электронные системы, в частности, квантовые ямы. Такие ямы могут быть созданы в одиночном и двойном гетеропереходах или в структурах типа… Читать ещё >
Содержание
- 1. Квантовые эффекты в проводимости двумерных (2И) систем в классически слабых и сильных магнитных полях (общие представления)
- 1. 1. Квантовые поправки к проводимости
- 1. 1. 1. Классическая проводимость
- 1. 1. 2. Интерференционные квантовые поправки
- 1. 1. 3. Время сбоя фазы
- 1. 1. 4. Отрицательное магнитосопротивление
- 1. 1. 5. Квантовые поправки за счет электрон-электронного взаимодействия
- 1. 1. 6. Влияние эффекта Зеемана на межэлектронное взаимодействие
- 1. 2. Квантовый эффект Холла
- 1. 1. Квантовые поправки к проводимости
- 2. Описание экспериментальной установки. Образцы: методы получения, приготовления и измерения
- 2. 1. Общее описание установки для исследования гальваномагнитных явлений в полупроводниковых структурах
- 2. 2. Образцы: метод получения, приготовление
- 3. Особенности квантовых поправок к проводимости в гетероструктурах р — Се/Се1×81х
- 3. 1. Введение к главе 3. Влияние пространственного квантования и одноосного напряжения на спектр валентной зоны германия
- 3. 2. Разделение вкладов слабой локализации и электрон — электронного взаимодействия в проводимость гетероструктур р — Се/Сех^йг
- 3. 3. Влияние сильного зеемановского расщепления на магнетосопротивление двумерного дырочного газа в гетероструктуре р — Се/Св1^х3гх
- 3. 4. Выводы к главе 3. '
- 4. Квантовые интерференционные эффекты в проводимости гетероструктур п — ГпуСах-уАв/СаАв
- 4. 1. Введение к главе 4. Квантовые поправки к проводимости 2Б систем за счет электрон — электронного взаимодействия в диффузионном и баллистическом режимах
- 4. 2. Температурная зависимость подвижности электронов в системе п — ЬхуСах-уАв/СаАз
- 4. 3. Разделение вкладов в проводимость от двух типов носителей заряда в двойных квантовых ямах п — ?ПуСа^уАв/СаАв
- 4. 4. Выводы к главе 4
- 5. Особенности квантового эффекта Холла в гетероструктурах р — Се/Се!х81хи квантовых ямах п — 1пуСа1уАз/СаА
- 5. 1. Введение к главе 5. Скейлинг в режиме квантового эффекта Холла
- 5. 1. 1. Двухпараметрический скейлинг
- 5. 1. 2. Температурная зависимость ширины полосы делокализованных состояний
- 5. 2. Переходы плато-плато в режиме квантового эффекта Холла
- 5. 2. 1. Гетероструктуры п — ?ПуОа^уАв/СаАв
- 5. 2. 2. Гетероструктуры р — Се/Се-х8гх
- 5. 3. Выводы к главе
- 5. 1. Введение к главе 5. Скейлинг в режиме квантового эффекта Холла
- Основные результаты
Список литературы
- Altshuler В., Aronov A. Electron-Electron 1. teraction in Disorder System. Amsterdam, 1985.
- Hikami S., Larkin A., Nagaoka Y. Spin-orbit interaction and magnetoresistance in the two dimensional random system // Progr. Theor. Phys. 1980. Vol. 63. P. 707.
- Wittmann H.-P., Schmid A. Anomalous magnetoconductance beyond the diffusion limit // Journal of Low Temperature Physics. 1987. Vol. 69. P. 131.
- Zala G., Narozhny В., Aleiner I. Interaction corrections at intermediate temperatures: Longitudinal conductivity and kinetic equation // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64.1. P. 214 204.
- Houghton A., Senna J., Ying S. Magnetoresistance and hall effect of a disorder interacting two-dimensional electron gas // Phys. Rev. B. 1982. Vol. 25, no. 4.1. P. 2196.
- Альтшулер В., Аронов А. К теории неупорядоченных металлов и сильнолегированных полупроводников // ЖЭТФ. 1979. Т. 77. С. 2028.
- Minkov G. М., Sherstobitov A. A., Germanenko А. V. et al. Hole-hole interaction in a strained InxGai^xAs two-dimensional system // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 72.1. P. 165 325.
- Lee P. A., Ramakrishnan Т. V. Magnetoresistance of weakly disordered electrons // Phys. Rev. B. 1982. Oct. Vol. 26, no. 8. Pp. 4009−4012.
- Castellani C., Castro C. D., Lee P. Metallic phase and metal-insulator transition in two-dimensional electronic systems // Phys. Rev. B. 1998. Vol. 57. P. R9381.
- Zala G., Narozhny B. N., Aleiner I. L. Interaction corrections at intermediate temperatures: Magnetoresistance in a parallel field // Phys. Rev. B. 2001. Dec. -Vol. 65, no. 2. P. 20 201.
- Ando T. Electron localization in two-dimensional system in strong magnetic fields, i. gas of short-range scatters // J. Phys. Soc. Jap. 1983. Vol. 52. Pp. 1740−1749.
- Joynt R., Prange R. Conditions for the quantum hall effect // Phys. Rev. B. 1984.1. Vol. 29. Pp. 3303−3317.
- Орлов JI., Кузнецов О., Рубцова Р. и др. Холл-эффект и особенности зонной структуры селективно легированных сверхрешеток Ge — Ge-xSix // ЖЭТФ. 1990.1. Т. 98. С. 1028−1034.
- Орлов Л., Кузнецов О., Дроздов Ю. и др. Энергетические диаграммы и энергетические характеристики сверхрешеток Ge — Ge-xSix с напряженными слоями // ФТТ. 1990. Т. 32. С. 1933.
- Кучис Е. В. Гальвано-магнитные эффекты и методы их исследования. Москва: Радио и связь, 1990. Р. 264.
- Вир Г. Л., Пикус Г. Е. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках.1. Москва, 1972.
- Luttinger J. М. Quantum theory of cyclotron resonance in semiconductors: General theory // Phys. Rev. 1956. Vol. 102, no. 4. Pp. 1030−1041.
- Khaetskii A., D’yakonov M. Size quantization of the holes in a semiconductor with a complicated valence band and of the carriers in a gapless semiconductor // JETP. 1982.1. Vol. 55. P. 917.
- Martin R., Warburton R., Nicolas R. et al. Two dimensional spin confinement in strained quantum wells // Proc. XX Int. Conf. Phys. Semicond. Thessaloniki: 1990. Pp. 909 912.
- Dorozhkin S. I. Shubnikov-de Haas oscillation beats and anisotropy of the g-factor in two-dimensional hole systems // Solid State Communications. 1989. Vol. 72, no. 2.1. Pp. 211−214.
- Арапов Ю., Городилов H., Кузнецов О. и др. Осцилляции магнитосопротивления напряженных сверхрешеток GejGe-xSix в наклонном магнитном поле // ФТП.1993. Т. 27. С. 1165.
- Coleridge Р. Т., Sachrajda A. S., Zawadzki P. Weak localization, interaction effects, and the metallic phase in p-SiGe // Phys. Rev. B. 2002. Mar. Vol. 65, no. 12. P. 125 328.
- Narozhny B. N., Zala G., Aleiner I. L. Interaction corrections at intermediate temperatures: Dephasing time // Phys. Rev. B. 2002. May. Vol. 65, no. 18. P. 180 202.
- Lee P., Ramakrishnan T. Disordered electronic systems // Rev. Mod. Phys. 1985. Apr.
- Vol. 57, no. 2. Pp. 287−337.
- Kravchenko S. V., Kravchenko G. V., Furneaux J. E. et al. Possible metal-insulator transition at В — 0 in two dimensions // Phys. Rev. B. 1994. Sep. Vol. 50, no. 11.1. Pp. 8039−8042.
- Altshuler В., Maslov D., Pudalov V. Metal-insulator transition in 2d: resistance in the critical region // Physica E. 2001. Vol. 9. P. 209.
- Abrahams E., Kravchenko S. V., Sarachik M. P. Metallic behavior and related phenomena in two dimensions // Rev. Mod. Phys. 2001. Mar. Vol. 73, no. 2. -Pp. 251−266.
- Gornyi I. V., Mirlin A. D. Interaction-induced magnetoresistance: Prom the diffusive to the ballistic regime // Phys. Rev. Lett. 2003. Feb. Vol. 90, no. 7. P. 76 801.
- Pudalov V. M., Gershenson M. E., Kojima H. et al. Interaction effects in conductivity of si inversion layers at intermediate temperatures // Phys. Rev. Lett. 2003. Sep. Vol. 91, no. 12. P. 126 403.
- Pudalov V., Brunthaler G., Prinz A., Bauer G. Instability of the two-dimensional metallic phase to a parallel magnetic field // JETP Lett. 1997. Vol. 65. P. 932.
- Simonian D., Kravchenko S. V., Sarachik M. P., Pudalov V. M. Magnetic field suppression of the conducting phase in two dimensions // Phys. Rev. Lett. 1997. Sep. Vol. 79, no. 12. Pp. 2304−2307.
- Simmons M. Y., Hamilton A. R., Pepper M. et al. Metal-insulator transition at b = in a dilute two dimensional gaas-algaas hole gas // Phys. Rev. Lett. 1998. Feb. Vol. 80, no. 6. Pp. 1292−1295.
- Okamoto T., Hosoya K., Kawaji S., Yagi A. Spin degree of freedom in a two-dimensional electron liquid // Phys. Rev. Lett. 1999. May. Vol. 82, no. 19. Pp. 3875−3878.
- Shashkin A. A., Kravchenko S. V., Dolgopolov V. T., Klapwijk T. M. Indication of the ferromagnetic instability in a dilute two-dimensional electron system // Phys. Rev. Lett. 2001. Aug. Vol. 87, no. 8. P. 86 801.
- Vitkalov S. A., Zheng H., Mertes K. M. et al. Small-angle shubnikov-de haas measurements in a 2d electron system: The effect of a strong in-plane magnetic field // Phys. Rev. Lett. 2000. Sep. Vol. 85, no. 10. Pp. 2164−2167.
- Vitkalov S. A., James K., Narozhny B. N. et al. In-plane magnetoconductivity of si mosfets: A quantitative comparison of theory and experiment // Phys. Rev. B. 2003. Mar. Vol. 67, no. 11. P. 113 310.
- Yoon J., Li C. C., Shahar D. et al. Parallel magnetic field induced transition in transport in the dilute two-dimensional hole system in gaas // Arxiv preprint cond-mat/9 907 128.1999.
- Noh H., Lilly M. P., Tsui D. C. et al. Interaction corrections to two-dimensional hole transport in the large-rs limit // Phys. Rev. B. 2003. Oct. Vol. 68, no. 16. P. 165 308.
- Dolgopolov V., Gold A. Magnetoresistance of a two-dimensional electron gas in a parallel magnetic field // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 2000.
- Vol. 71, no. 1. Pp. 27−30.
- Simonian D., Kravchenko S. V., Sarachik M. P., Pudalov V. M. h/t scaling of the magnetoconductance near the conductor-insulator transition in two dimensions // Phys. Rev. B. 1998. Apr. Vol. 57, no. 16. Pp. R9420-R9422.
- Hensel J. C., Suzuki K. Anisotropy of the g factor of the free hole in ge and conduction-band spin-orbit splitting // Phys. Rev. Lett. 1969. Apr. Vol. 22, no. 16. Pp. 838−840.
- Арапов Ю., Кузнецов О., Неверов В. и др. Определение щелей подвижности и плотности локализованных состояний дырок для гетероструктур р — Ge/GeixSix в режиме квантового эффекта холла // Физика и Техника Полупроводников. 2002.1. Т. 36. С. 550.
- Nenashev A., Dvurechenskii A., Zinov’eva A. Zeeman effect for holes in a Ge/Si system with quantum dots // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2003. Vol. 96, no. 2. Pp. 321−330.
- Punnoose A., Finkel’stein A. M. Dilute electron gas near the metal-insulator transition: Role of valleys in silicon inversion layers // Phys. Rev. Lett. 2001. Dec. Vol. 88, no. 1.1. P. 16 802.
- Minkov G. M., Germanenko A. V., Gornyi I. V. Magnetoresistance and dephasing in a two-dimensional electron gas at intermediate conductances // Phys. Rev. B. 2004. Dec. Vol. 70, no. 24. P. 245 423.
- Simonian D., Kravchenko S. V., Sarachik M. P., Pudalov V. M. Magnetic field suppression of the conducting phase in two dimensions // Phys. Rev. Lett. 1997. Sep. Vol. 79, no. 12. Pp. 2304−2307.
- Das Sarma S., Hwang E. H. Metallicity and its low-temperature behavior in dilute two-dimensional carrier systems // Phys. Rev. B. 2004. May. Vol. 69, no. 19. P. 195 305.
- Финкелынтейн А. Влияние кулоновского взаимодействия на свойства неупорядоченных металлов // ЖЭТФ. 1983. Т. 84. С. 168.
- Minkov G., Sherstobitov A., Germanenko A. et al. Antilocalization and spinorbit coupling in the hole gas in strained GaAsjInxGa-xAs/GaAs quantum well heterostructures // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71. P. 165 312.
- Флюге 3. Задачи по квантовой механике. Москва: Мир, 1974.
- Arapov Y., Karskanov I., Harus G. et al. Magnetotransport in two-dimensional n-InGaAs/ GaAs double-quantum-well structures near the transition from the insulator to the quantum Hall effect regime // Low Temperature Physics. 2009. Vol. 35. P. 32.
- Laughlin R. Quantized hall conductivity in two dimensions // Phys. Rev. B. 1981.1. Vol. 23. Pp. 5632−5633.
- Halperin B. Quantized hall conductivity, current-carrying edge states and the existence of extended states in a two-dimensional disordered potential // Phys. Rev. B. 1982.1. Vol. 25. Pp. 2185−2190.
- Abrahams E., Anderson P., Licciardello D., Ramakrishnan T. Scaling theory of localizations: absence of quantum diffusion in two dimensions // Phys. Rev. Lett. -1979. Vol. 42. Pp. 673−676.
- Pruisken A. On localization in the theory of the quantized hall effect: a two-dimensional realization of the (c)-vacuum // Nucl. Phys. B. 1984. Vol. 235 FS 11]. Pp. 277−298.
- Pruisken A. Dilute instanton gas as the precursor to the integral quantum hall effect // Phys. Rev. B. 1985. Vol. 32. Pp. 2636−2639.
- Хмельницкий Д. О квантовании холловской проводимости // Письма в ЖЭТФ.1983. Т. 38. С. 454−458.
- Wei Н., Tsui D., Pruisken A. Localization and scaling in the quantum hall regime // Phys. Rev. B. 1985. Vol. 33. Pp. 1488−1491.
- Kawaji S., Wakabayashi J. Experiments on scaling relation of conductivities in silicon mos inversion layers in strong magnetic fields //J. Phys. Soc. Jap. 1987. Vol. 56.1. Pp. 21−24.
- Долгополов В., Шашкин А., Медведев В., Мокеров В. Скейлинг в условиях целочисленного квантового эффекта холла // ЖЭТФ. 1991. Т. 99. С. 201−214.
- Ando T. Universal scaling relation of conductivities in quantized landau levels // Surf. Sci. 1986. Vol. 170. Pp. 243−249.
- Ando T., Aoki H. Critical localization and low temperature transport in two dimensional landau quantization //J. Phys. Soc. Jap. 1986. Vol. 55. Pp. 249−253.
- Thouless D. Maximum metallic resistance in thin wires // Phys. Rev. Lett. 1977.1. Vol. 39. Pp. 1167−1169.
- Abrahams E., Anderson P., Lee P., Ramakrishnan T. Quasiparticle lifetime in disodered two-dimensional metals // Phys. Rev. B. 1981. Vol. 24. Pp. 6783−6789.
- Altshuler B., Aronov A., Khmelmitsky D. Effects electron-electron collisions with small energy transfer on quantum localization // Solid State Phys. 1982. Vol. 15. Pp. 73 677 386.
- Das Sarma S., Liu D. Scaling behavior of the activated conductivity in a quantum hall liquid // Phys. Rev. B. 1993. Sep. Vol. 48, no. 12. Pp. 9166−9169.
- Liu D., Das Sarma S. Universal scaling of strong-field localization in an integer quantum hall liquid // Phys. Rev. B. 1994. Jan. Vol. 49, no. 4. Pp. 2677−2690.
- Koch S., Haug R. J., Klitzing K. v., Ploog K. Experimental studies of the localization transition in the quantum hall regime // Phys. Rev. B. 1992. Jul. Vol. 46, no. 3.1. Pp. 1596−1602.
- Wei H. P., Tsui D. C., Paalanen M. A., Pruisken A. M. M. Experiments on derealization and university in the integral quantum hall effect // Phys. Rev. Lett. 1988. Sep. Vol. 61, no. 11. Pp. 1294−1296.
- Huckestein B. Scaling theory of the integer quantum hall effect // Rev. Mod. Phys.1995. Apr. Vol. 67, no. 2. Pp. 357−396.
- Shahar D., Hilke M., Li C. C. et al. A new transport regime in the quantum hall effect // Solid State Communications. 1998. Vol. 107, no. 1. Pp. 19 23.
- Lee D.-H., Wang Z., Kivelson S. Quantum percolation and plateau transitions in the quantum hall effect // Phys. Rev. Lett. 1993. Jun. Vol. 70, no. 26. Pp. 4130−4133.
- Arapov Y. G., Alshanskii G. A., Harus G. I. et al. The key role of a smooth impurity potential in formation of the hole spectrum for p — ge/ge-xsix heterostructures in the quantum hall regime//Nanotechnology. 2002. Vol.13. P. 86.
- Pruisken A. M. M., Skoric В., Baranov M. A. (mis-)handling gauge invariance in the theory of the quantum hall effect, iii. the instanton vacuum and chiral-edge physics // Phys. Rev. B. 1999. Dec. Vol. 60, no. 24. Pp. 16 838−16 864.
- Li W., Csathy G. A., Tsui D. C. et al. Scaling and universality of integer quantum hall plateau-to-plateau transitions // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94, no. 20.1. P. 206 807.
- Coleridge P., Zawadzki P. On the thermal broadening of a quantum critical phase transition // Arxiv preprint cond-mat/9 903 246. 1999.
- Cooper N. R., Chalker J. T. Coulomb interactions and the integer quantum hall effect: Screening and transport // Phys. Rev. B. 1993. Aug. Vol. 48, no. 7. Pp. 4530−4544.
- Аверкиев H., Голуб JI., Пикус Г. Слабая локализация в полупроводниковых структурах с сильным спин-орбитальным взаимодействием // ЖЭТФ. 1998. Т. 113.1. С. 1429.
- Pedersen S., S0rensen С. В., Kristensen A. et al. Weak localization in Alo.5Gao.5As/GaAs p-type quantum wells // Phys. Rev. B. 1999. Aug. Vol. 60, no. 7. Pp. 4880−4882.
- Golub L. E., Pedersen S. Spin-orbit interaction and the metal-insulator transition observed in two-dimensional hole systems // Phys. Rev. B. 2002. Jun. Vol. 65, no. 24. P. 245 311.