WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

го расщепления осцилляционного 0-максимума магни- На рис. 5 приведены магнитополевые зависимости тосопротивления компонента Q2D электронной систе- амплитуды осцилляций (1/Bm,p) Em- и Ep-подзон разp мы (xx) является прежде всего наблюдение помимо мерного квантования исследованных образцов 1–4. Этот 0+-максимума также и 0--пика. В отличие от этого результат существенно отличается от данных [4,15], где осцилляции магнитосопротивления объемных полупро- в области магнитных полей для уровней Nm = 8-14 и водниковых соединений 0--пика не обнаруживают [7–9]. Np = 1-3 на зависимости (1/Bm) были обнаружены Отсутствие 0--пика объясняется слабым вырождением отчетливые изломы. Эти изломы наблюдались в магнити близостью по магнитному полю режима квантового ных полях, соответствующих одновременному выходу предела и магнитного вымораживания. В столь сильных уровней Ландау Nm и Np на уровень Ферми, что в [4,15] Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Спиновое расщепление и g-фактор электронов возбужденной подзоны размерного квантования объяснено резонансным возбуждением межподзонной оказывается занятой. Эти обстоятельства и приводят к электрон-электронной (e–e) релаксации. Вдали от ре- множителю 1 - f ± в вероятности межподзонных p зонанса, когда максимум для уровня Nm попадал по переходов без переворота спина.

магнитному полю между уровнями Np и Np+1, межподзонное e-e-взаимодействие выключалось. Лишь на 3.3. Оценка g-фактора зависимости (1/B)m,p образца 4 видны характерные изИзвестно усиление спинового расщепления до g ломы, аналогичные [4,15], отражающие одновременный в подзонах размерного квантования в гетероструктурах с выход максимумов Nm, Np = 0+ и Np = 0- на уровень 2D электронным газом [6,19] по отношению к объемным Ферми. Эта ситуация показана кривой 4 на рис. 5. На 3D электронам в GaAs g 0.4 [20,13]. Наши данные других образцах 1–3 модуляция осцилляций магнитосопротивления Em-подзоны частоты Fm гармоникой Fp (рис. 4) дают возможность оценить величину g-фактора.

Спиновое расщепление |g|µBB проявляется в усло(Ep-подзоны) чрезвычайно мала.

виях, когда оно существенно больше температурного и Эти особенности дают основания предположить иной столкновительного уширений уровней Ландау:

механизм, отличный от переходов между уровнями Ландау одной Ep-подзоны размерного квантования. После|g|µBB > kT, kTD, (2) довательный выход подуровней Ландау Np = 0+, 0- над уровнем Ферми не может обеспечить осцилляционные где µB = e /2m0 — магнетон Бора.

пики 0+,- за счет внутриподзонных переходов, так как Для исследованных образцов B(Np = 0) 3.5T, процессы с переворотом спина маловероятны. ОбъясkT = 0.16 мэВ, kTD < 0.4мэВ, а µBB 2.0 мэВ, так что нение слабых по амплитуде максимумов 0+,- на магусловие (2) выполняется с большим запасом.

p нетосопротивлении xx естественно связать с межподИспользуя условия резонанса для Ep-подзоны в виде зонными переходами электронов. Однако межподзонные переходы между уровнями Nm > 1 Np = 0+,- сущеe 1 = ± = Np + ± |g|µB B±, (3) ственно отличаются от переходов, когда под уровнем p m 2 Ферми находится несколько уровней Ландау Nm и Np, реально заполненных электронами. В данном случае получим соотношение B-/B+ для Np = 0:

p p при резонансе Ep(0+) = возможны лишь переходы Em-электронов на пустой уровень Ep с номером Np = 0+ 1 + B-/B+ =, (4) p p без переворота спина. Межподзонные переходы из Em1 - в Ep-подзону, дающие вклад в максимум MC 0+, опре 1 1 1 m деляются вероятностью f +2 1 - f +2, которая где = |g|. Выражение (4) справедливо в однозонm p 2 mсущественно меньше вероятности внутриподзонных пе- ном приближении с квадратичным законом дисперсии 1 реходов в Em-подзоне f ± 1 - f ± ( f — и независимостью энергии Ферми от магнитного поля m m m,p 2 функции распределения Ферми–Дирака). (B) =(0) [21]. Магнитные поля B+ и B- соответствуp p Аномально малая величина амплитуды осцилляции ют пересечению уровня Ферми верхним (0+) и нижним при проводимости по Ep-подзоне размерного квантова- (0-) расщепленными уровнями Ландау Ep-подзоны разния сопровождается изломом зависимости (1/B), что мерного квантования.

видно на примере образца 3, и отрицательным наклоном Используя величины B+ = 2.61 Тл и B- = 4.57 Тл p p (в смысле температуры Дингла) зависимости (1/B ) (рис. 4), найдем величину g-фактора: |g| = 8.2 ± 1.0.

p для образца 4 (зависимости 3 и 4 соответственно). Этот результат удовлетворительно согласуется с изПри возрастании магнитного поля и приближении вестным значением g-фактора 10–15 для гетеросистемы к квантовому пределу для уровней Np 2, 1, 0+, 0- AlGaAs/GaAs с одиночным гетеропереходом [5].

наблюдается как опустошение последних, так и транс- Результаты оценок g-фактора ряда исследованных формация функции плотности состояний Dp(E, B). образцов гетероструктур приведены в таблице. Как Изменение вида Dp(E, B) связано с квазидвумерно- уже отмечалось, 0+-расщепление уровня Ландау Np = стью электронов Ep-подзоны. В магнитном поле B наблюдалось лишь для нескольких образцов. Именно (Np 1) функция плотности состояний Dp(E, B) имеет таких, для которых концентрация Q2D электронов np p -образную форму с уширением k(T + TD ). С возраста- обеспечивала попадание уровня Ландау Np = 0 в иннием магнитного поля плотность состояний увеличива- тервал магнитного поля B = 2-6 Тл. При анализе гарется и становится асимметричной [11]. При значитель- моник осцилляций магнитосопротивления на одном из ном отклонении от двумерности функция Dp(E, B) мо- образцов (G215) из работы [3] мы обнаружили спиновое дулируется по амплитуде плавной огибающей, близкой расщепление максимума N = 1 (условия эксперимента к объемной ( E) [16] со значительной асимметри- и параметры образца приведены в таблице под № 6).

ей [17]. Асимметрия Dp(E, B) трансформирует и „хвост“ Видно хорошее согласие рассчитанной нами величины плотности состояний под уровнем Ферми [18]. Следова- g-фактора для данного образца с результатами обрательно, часть состояний в полосе Ep(0+,-) при выходе ботки осцилляций магнитосопротивления образцов 1-5.

соответствующих уровней Ландау над уровнем Ферми Результаты, представленные в таблице, не позволяют Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 444 В.И. Кадушкин сделать какие-либо выводы о зависимости g-фактора от Работа выполнена при финансовой поддержке Миниконцентрации электронов. Дело в том, что наши мно- стерства науки и образования РФ (грант № E02-3.4-гочисленные эксперименты по исследованию низкотем- и Госконтракт № 40.012.1.1.1153).

пературного магнитотранспорта не указывают на однозначную связь между концентрациями nm и np. Известна лишь тенденция уменьшения величины np с понижением Список литературы уровня легирования и наличия порогового значения nm, [1] H.L. Strmer, A.C. Gossard, W. Wiegman. Sol. St. Commun., с которого начинается заполнение второй (верхней) 41, 707 (1982).

подзоны размерного квантования. На это указывает и [2] P.T. Coleridge. Semicond. Sci. Technol., 5, 961 (1990).

анализ экспериментов, выполненных в [1,22–24].

[3] D.R. Leadley, R. Fletcher, R.J. Nicholas, F. Tao, C.T. Foxon, J.J. Harris. Phys. Rev. B, 46 (19), 12 439 (1992).

[4] V.I. Kadushkin, F.M. Tsahhaev. Phys. Low-Dim. Structur., 1/2, 4. Заключение 93 (2000).

[5] V.I. Kadushkin, A.B. Dubois. Phys. Low-Dim. Structur., 7/8, Удалось (по-видимому, впервые) наблюдать спиновое 7 (2003).

расщепление нулевого уровня Ландау в поперечном [6] М.Г. Гаврилов, С.И. Дорожкин, В.Е. Житомирский, магнитосопротивлении Шубникова–де-Гааза в системе И.В. Кукушкин. Письма ЖЭТФ, 49, 402 (1989).

Q2D+2D электронов. В магнитных полях B 2-6Тл [7] М.С. Бреслер, Р.В. Парфеньев, С.С. Шалыт. ФТТ, 8, уровни Np = 0+ и Np = 0- для Q2D электронов верхней (1966).

Ep-подзоны (np 1011 см-2) последовательно опустоша[8] Р.В. Парфеньев, И.И. Фарбштейн, С.С. Шалыт. ЖЭТФ, 53, ются, а Q2D электроны переходят в основную Em1571 (1967).

подзону. При этом сохраняется вероятность переходов [9] Н.Г. Глузман, А.И. Пономарев, Г.А. Потапов, Л.Д. Сабир2D электронов с уровней основной подзоны (Nm) на опу- зянова, И.М. Цидильковский. ФТП, 12, 468 (1978).

[10] В.И. Кадушкин. ФТП, 24, 2029 (1990).

стошенные уровни Np(0+) и Np(0-) с дифференциацией [11] T. Ando. J. Phys. Soc. Japan, 37, 1233 (1974).

по ориентации спина. Именно с этим обстоятельством [12] В.И. Кадушкин, В.А. Кульбачинский. ФТП, 25, 612 (1991);

и связана аномально малая величина амплитуды магниПоверхность, 12, 156 (1991).

тосопротивления наблюдаемых нами расщепленных по [13] C. Weisbuch, C. Hermann. Phys. Rev. B, 15, 816 (1977).

спину пиков.

[14] В.И. Кадушкин. ФТП, 15, 230 (1981).

Выполнены оценки g-фактора Q2D электронов [15] В.И. Кадушкин. ФТП, 39, 859 (2005).

Ep-подзоны. Для концентраций nm (9.6-10.8)1011 см-2 [16] Л. Есаки. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетерои np (0.67-1.04)1011 см-2 величина g-фактора равна структуры, под ред. Л.Ченга, К. Плога. (М., Мир, 1989).

8.2–12.2 с абсолютной погрешностью ±1.2. Определение [17] L.A. Kaufman, L.J. Neuringer. Phys. Rev. B, 2, 1840 (1970).

g-фактора произведено в узком интервале концентраций [18] R. Fletcher, E. Zaremba, M. D’Jorio, C.T. Foxon, J.J. Harris.

(лимитируем имеющимися в нашем распоряжении Phys. Rev. B, 38, 7866 (1988).

[19] I.V. Kukushkin, V.B. Timofeev, K. von Klitzing, K. Ploog.

магнитными полями). Нами не обнаружена зависимость Festkrperprobleme, 28, 21 (1988).

g-фактора от концентраций nm и np. Неожиданным яви[20] M. Dolers, K. von Klitzing, G. Weimann. Phys. Rev. B, 38, лось отсутствие на некоторых образцах гетероструктур 5453 (1988).

(3, 4) спинового расщепления для Q2D электронов [21] Б.М. Аскеров. Электронные явления переноса в полупри температурах ниже 4.2 K, хотя оно (спиновое проводниках (М., Наука, 1985).

расщепление) наблюдалось при T = 4.2K. Обращено [22] E.F. Schubert, K. Ploog. IEEE Trans. Electron. Dev., ED-32, внимание на то, что нет корреляции между концен1868 (1985).

трацией np и величинами B+,-, соответствующими [23] R. Fletcher, E. Zaremba, M. D’Jorio, C.T. Foxon, J.J. Harris.

расщепленным пикам магнитосопротивления 0+ и 0Phys. Rev. B, 41, 10 649 (1990).

для Q2D компоненты электронного газа.

[24] R.M. Kusters, F.A. Wittenkamp, J. Singleton, J.A.A.J. PerenСледует отметить, что спиновое расщепление и спи- boom, G.A.C. Jones, D.A. Ritchie, J.E.F. Frost, J.-P. Andre.

Phys. Rev. B, 46, 10 207 (1992).

новая поляризация 2D электронов в последнее время [25] E. Tutuc, S. Melinte, E.P. De Poortere, M. Shayegan, интенсивно изучаются (см., например, [25,26] и циR. Winkler. Phys. Rev., B, 67, 241 309R (2003).

тируемую там литературу). Однако эксперименты от[26] Chi-Tehiang, Ch.G. Smith, M.Y. Simmons, Gil-Ho Kim, носятся к 2D системам с концентрацией электронов D.A. Ritchie, M. Pepper. Physica E, 18, 142 (2003).

nm < 1011 см-2 и к области ультраквантового предела по магнитному полю. В частности, в работе [22] наРедактор Т.А. Полянская блюдалось увеличение g-фактора до значения 3.2 по отношению к величине 0.44 для объемного GaAs. Поэтому соотнести наши результаты (величины g-фактора) с подобными исследованиями затруднительно.

Автор признателен Ю.Н. Горбуновой и А.М. Устинову за помощь в работе.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Спиновое расщепление и g-фактор электронов возбужденной подзоны размерного квантования Spin splitting and g-factor of electrons of the quantum confinement excited subband V.I. Kadushkin Ryazan State Pedagogical University, 390006 Ryazan, Russia

Abstract

The spin splitting of zero Landadu level of the quantum confinement upper Ep subband has been observed in the magnetoresistance oscillations at Al0.28Ga0.72As/GaAs heterosystem. This phenomenon is explained by the intersubband electron transitions from lower Em subband to the states of Ep subband. It was found the spectroscopic splitting factor value g of electrons on subband Ep: |g| = 8.2-12.2 for electron density np =(0.52-1.04) · 1011 cm-2.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.