Квантование холловского сопротивления и осцилляции интенсивности люминесценции квазидвумерной электронно-дырочной плазмы

А. А. ВАСИЛЬЧЕНКО

Кубанский государственный технологический университет, Краснодар

КВАНТОВАНИЕ ХОЛЛОВСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

И ОСЦИЛЛЯЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КВАЗИДВУМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОЙ ПЛАЗМЫ

Найдено, что в квазидвумерной электронно-дырочной плазме (2МЭДП) концентрация носителей (в первом или втором слое) прямо пропорциональна напряженности магнитного поля вблизи целочисленных факторов заполнения уровня Ландау. Показано, что интенсивность люминесценции осциллирует с изменением напряженности магнитного поля.

Для изучения свойств 2МЭДП на поверхности полупроводника в перпендикулярном магнитном поле использовалась теория функционала плотности. Зависимость обменно-корреляционной энергии от напряженности магнитного поля не учитывалась. В этом случае магнитное поле будет влиять только на кинетическую энергию движения вдоль поверхности, а именно:

(1)

где - плотность носителей в i-ом слое со с спином s на k-ом уровне Ландау, wc - циклотронная частота, параметр di характеризует эффективный g-фактор двумерных электронов.

Рис. 1. Зависимость величины R = Be2/Neh от напряженности магнитного поля B

Самосогласованно решались одномерные уравнения Кона-Шэма и находился минимум энергии по отношению к плотности носителей во втором слое с учетом нового выражения для величины Tpar.

Представленные на рисунке 1 результаты вычислений для GaAs показывают, что зависимость величины R=Be2/Neh от напряженности магнитного поля носит ступенчатый характер. Это связано с тем, что в некотором интервале напряженности магнитного поля основное состояние 2МЭДП есть состояние с полностью заполненным спиновым подуровнем Ландау, т. е. концентрация электронов прямо пропорциональна напряженности магнитного поля.

В области перехода между плато для электронов плотность дырок так же может быть линейна по напряженности магнитного поля. Таким образом, впервые показана возможность квантования холловского сопротивления во втором слое.

Так как плотности электронов и дырок изменяются с изменением напряженности магнитного поля, тогда следует ожидать изменения интенсивности люминесценции. Результаты вычислений показали, что интенсивность люминесценции имеет впадины и пики, причем зависимость интенсивности от величины 1/B не является периодической. Экспериментальные результаты по зависимости интенсивности люминесценции носят противоречивый характер: в одних экспериментах пики люминесценции точно совпадают с целочисленными факторами заполнения [1, 2], а в других - осциллирующие пики смещены в сторону больших полей от целочисленных факторов заполнения [3]. Представленная здесь модель объясняет природу смещения пиков люминесценции от целочисленных факторов заполнения. Положение пиков люминесценции зависит от величины d, которая в свою очередь определяет ширину холловского плато. Поэтому в экспериментах, в которых использовались образцы с очень узким холловским плато, пики люминесценции должны совпадать с целочисленными факторами заполнения, тогда как для образцов с широкими плато, пики люминесценции будут смещены от целочисленных факторов в сторону больших полей на величину порядка ширины плато.

Список литературы

1. Smith M. C., Petrou A., Perry C. H., Worlock J. M. Surface Science 1

2. Chen W., Fritze M., Nurnikko A. V. et. al. Phys. Rev. Lett.

3. , фон и др. Письма в ЖЭТФ