Одномерная электронная жидкость на краю двумерной электронной системы в режиме квантового эффекта Холла, страница 3

Показана возможность управлять существованием таких дефектов спомощью компоненты магнитного поля, параллельной плоскости двуслойной системы.8. При измерениях транспорта поперек несжимаемой полосы с локальным факторомзаполнения 1 установлена нетривиальная связь между краевыми и объемными свойствами: экспериментально продемонстрировано исчезновение несжимаемой полосы,соответствующей локальному фактору заполнения 1, при объемном фазовом переходе в так называемую наклонную антиферромагнитную фазу.9.

В режиме дробного квантового эффекта Холла развитая нами методика позволяетисследовать транспорт поперек (с края на край) отдельной несжимаемой полосы,находящейся при заданном дробном локальном факторе заполнения. В зависимостиот использованных факторов заполнения, методика позволяет исключить влияниеостальных полос, либо, путём изменения объёмного фактора заполнения, добавитьк исследуемой системе влияние соседней несжимаемой области.710. При исследовании транспорта поперек отдельной несжимаемой полосы, находящейся при заданном дробном локальном факторе заполнения, обнаружено степенноеповедение вольт-амперных характеристик, что даже качественно отличается от поведения исследуемой системы в условиях целочисленного заполнения.

Анализ вольтамперных характеристик показывает, что обнаруженное экспериментально степенное поведение соответствует ожидаемому для латтинжеровской туннельной плотности состояний, вызванному возбуждением коллективных мод хиральной латтинжеровской жидкости.11.

Исследование процессов установления равновесия при транспорте поперёк отдельнойнесжимаемой полосы для дробных факторов заполнения 2/3, 4/3 и 5/3 свидетельствует в пользу существования сложной структуры коллективных краевых возбуждений при этих не-лафлиновских дробных факторах заполнения в соответствии спредсказаниями эффективной теории края.12. В условиях, когда существенно влияние соседней несжимаемой области, находящейсяпри дробном факторе заполнения 2/5, показано, что это влияние приводит к значительному увеличению транспорта поперек края на больших масштабах длин.

Дляданного эксперимента проведена модификация оригинальной методики, позволяющая варьировать длину области взаимодействия на одном образце.13. Наша экспериментальная методика позволила независимо исследовать перенос заряда и энергии вдоль края двумерной системы в режиме квантового эффекта Холла.Мы продемонстрировали, что в условиях сильной неравновесности на краю возникает перенос энергии навстречу дрейфу электронов для факторов заполнения 1 и1/3. Анализ эксперимента показывает, что предсказанная теоретически нейтральная мода коллективных краевых возбуждений является основным кандидатом дляобъяснения экспериментального эффекта, причём именно режим сильной неравновесности открывает доступ к эффективному возбуждению и детектированию такойнейтральной моды.14.

Экспериментально реализованы квантовые интерферометры (квази-Фабри-Перо иМаха-Цендера) нового типа, в которых интерференционные траектории образованысо-направленными краевыми состояниями на одном и том же краю образца. Продемонстрировано наличие интерференционной картины в режимах целочисленного идробного квантового эффекта Холла. Экспериментально показано, что интерференционная картина нечувствительна к процессам перезарядки даже для малых размеров активной области интерферометра, в отличие от приборов с встречно направленными краевыми состояниями, что значительно упрощает интерпретацию интерференционной картины.15.

В режиме целочисленного квантового эффекта Холла показано что интерференционная картина существует при больших разбалансах, превышающих спектральную щель, в отличие от квантовых интерферометров обычного типа. Данное поведение объяснено спецификой сохранения когерентности при транспорте между сонаправленными спин-расщеплёнными краевыми состояниями.16.

В режиме дробного квантового эффекта Холла впервые удалось пронаблюдать интерференцию в интерферометре типа Маха-Цендера. При этом наша реализация данного интерферометра, в отличие от общепринятой, не содержит внутри интерферен8ционной петли область, не занятую электронным газом, что позволяет иметь внутриинтерференционной петли только квантовохольное состояние электронной жидкостис фактором заполнения 1/3. Так реализованный интерферометр Маха-Цендера яснодемонстрирует интерференционные осцилляции с периодом по магнитному потокуΦ∗ = e/e∗ Φ0 = 3Φ0 при дробном факторе заполнения 1/3, что подтверждает теоретические представления теории Лафлина для дробного квантового эффекта Холла прифакторе заполнения 1/3.

Видность интерференционной картины при дробных факторах заполнения сильно зависит от разбаланса, обращаясь в нуль уже при разбалансах, меньших соответствующей спектральной щели, в отличие от целочисленногослучая.7Достоверность и обоснованность полученных результатовДостоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью данных на разных образцах, хорошим согласием данных, полученных на образцахиз двумерных структур различного качества и различными экспериментальными методами.

Обоснованность выводов подтверждается оценками, сделанными на базе современныхтеоретических представлений.8Личный вклад автораВ проведённых исследованиях автору принадлежит решающий вклад в постановке экспериментальных задач, разработке методики экспериментов, проведении экспериментов,обработке и интерпретации полученных результатов. Все экспериментальные результаты при исследовании краевых состояний получены непосредственно автором в лаборатории квантового транспорта ИФТТ РАН. Исследования объёмных спектров двуслойныхэлектронных систем проводились автором совместно с сотрудниками лаборатории квантового транспорта ИФТТ РАН. Процессинг полупроводниковых структур, необходимыйдля изготовления образцов в большинстве случаев осуществлялся самим автором.

Полупроводниковые структуры, содержащие высокоподвижный двумерный газ, растились вразличных зарубежных научных центрах, специализирующихся на росте таких структур,после согласования с автором требуемых параметров. Постановка задач и интерпретацияполученных результатов выполнялись автором на базе современных теоретических представлений.9Апробация работыОсновные результаты работы докладывались на конференциях: Fundamentals of Electronicnanosystems (Nano-Piter-2012) (Санкт-Петербург, 23 - 29 июня 2012г.); XIX УральскаяМеждународная Зимняя Школа по Физике Полупроводников (Екатеринбург-Новоуральск20/02-25/02/2012); Х Российская конференция по физике полупроводников (Н.Новгород19-23 сентября 2011 г.); Вторая международная научная школа для молодёжи «Прикладные математика и физика: от фундаментальных исследований к инновациям» и Всероссийская молодёжная конференция «Перспективы развития фундаментальных наук» (г.9Долгопрудный 1-11 июля 2011 г.); Quantum Mesoscopic Physics (Rencontres de Moriond) (Ла-Триуль (Италия) 13-20 марта 2011 г.); XVIII Уральская Международная Зимняя Школа по Физике Полупроводников (Екатеринбург-Новоуральск 15/02-20/02/2010); Fundamentalsof Electronic nanosystems (Nano-Piter-2010) (Санкт-Петербург, 26 июня- 02 июля 2010г.);Interactions, Disorder, and Topology in Quantum Hall Systems (Dresden, Germany, 7 июня11 июня 2010г.); IX Российская конференция по физике полупроводников (НовосибирскТомск, Россия 28 сентября - 03 октября 2009); EMT09-SPIE Europe Microtechnologies forthe New Millennium 7364 (EMT103) - Nanotechnology (Dresden, Germany, 04-06-May-2009);"50 years of the Aharonov-Bohm Effect"(Tel Aviv University, Tel-Aviv, Israel, 10-15 October2009); XVII Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников (Екатеринбург – Новоуральск (Институт физики металлов УрО РАН), 18 – 23 февраля 2008);3-я Всероссийская школа молодых ученых «Микро-, нанотехнологии и их применение –2008» ( 18 – 19 ноября 2008 года, Черноголовка, ИПТМ РАН); VIII Российская конференция по физике полупроводников “ПОЛУПРОВОДНИКИ-2007” (г.Екатеринбург, 30.09.075.10.07); International Conference on Electronic Properties of Two- dimensional Systems andModulated Semiconductor Structures (Genova, Italy, July 15-20 2007); «DFG-SchwerpunktQuanten-Hall-Systeme» (Германия, Бад-Хоннеф, 2005); VII Российская конференция пофизике полупроводников (Казань 2005); Международная зимняя школа по физике полупроводников (проводилась ФТИ РАН им.

А.Ф. Иоффе) (Санкт-Петербург, 2006); Совещание по программе фундаментальных исследований ОФН РАН « Спин-зависимые эффектыв твердых телах и спинтроника» (г. Санкт-Петербург, Физико-технический институт им.А.Ф. Иоффе РАН, 2006); Совещание по программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Влияние атомно-кристаллической и электронной структуры на свойстваконденсированных сред» (Черноголовка, ИФТТ РАН, 2006); Condensed Matter and SurfaceScience Program Colloquium, Ohio University (Ohio, USA, 19 May 2005); XXXI совещаниепо физике низких температур (1998 г., Москва), The Eleventh International Conference onNonequilibrium Carrier Dinamics in Semiconductors (HCIS-11, 1999 Kyoto), Научная сессия отделения общей физики и астрономии Российской Академии Наук (1999 г., Москва),INTAS/NEDO workshop on Phase transitions in coupled electron-hole and electron-electronlayers (2000, TU Delft), Mesoscopic and strongly correlated electron systems (2000 г., Черноголовка), 25th International conference on the Physics of Semiconductors (2000, Osaka), атак же на семинаре по физике низких температур ИФТТ РАН и на специализированныхсеминарах в университетах гг.