Необычная структура квантового эффекта Холла в двойной квантовой яме HgTe/CdHgTe

Необычная структура квантового эффекта Холла в двойной квантовой яме HgTe/CdHgTe

 

М.В. Якунин1, С.М. Подгорных1, М.Р. Попов1, В.Н. Неверов1, С.С. Криштопенко2, B. Jouault2, W. Desrat2, F. Teppe2, Н.Н. Михайлов3, С.А. Дворецкий3

1Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, Екатеринбург, Россия
2Laboratoire Charles Coulomb, Centre National de la Recherche Scientifique,University of Montpellier, Montpellier, France
3Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск, Россия
 

Обнаружена необычная структура квантового эффекта Холла (КЭХ) в двойной квантовой яме со слоями HgTe критической толщины и туннельнопрозрачным барьером, с проводимостью p-типа. Найденный КЭХ представляет собой возвратную функцию магнитного поля, когда фаза с фактором заполнения i = 1 находится между двумя фазами i = 2 и с ростом поля появляется вновь. При этом часть структуры КЭХ в относительно слабых полях показывает концентрацию дырок в несколько раз меньше, чем это следует из структуры КЭХ в сильных полях; структура в сильных полях реагирует на приложение напряжения затвора или ИК освещение, тогда как структура в слабых полях почти не реагирует; в структуре в сильных полях наблюдается аномально широкое плато i = 2. Показано, что найденные особенности могут быть объяснены без привлечения краевых состояний и коллективных эффектов при правильном учете электронного или дырочного вклада в проводимость от носителей на аномальных уровнях Ландау, а также с учетом боковых максимумов валентной подзоны, которые выполняют роль резервуара, замораживающего часть дырок в слабых полях, но в сильных полях все дырки из него высвобождаются.

 

Рис. 1. Необычная структура недиагональной компоненты проводимости σxy(B,Vg) в режиме квантового эффекта Холла в двойной квантовой яме со слоями HgTe критической толщины. При напряжении затвора Vg < 0.5 V проявляется возвратный характер, когда с ростом поля B плато i = 1 или i = 2 появляются вновь, тогда как в традиционной картине номера i только убывают. При этом в полях B < 3 T границы между плато i = 1 и i = 2 практически не двигаются с изменением Vg. Температура 0.3 К.

 

  1. Unconventional reentrant quantum Hall effect in a HgTe/CdHgTe double quantum well [Текст] / M.V. Yakunin, S.S. Krishtopenko, W. Desrat, S.M. Podgornykh, M.R. Popov, V.N. Neverov, S.A. Dvoretsky, N.N. Mikhailov, F. Teppe, B. Jouault // Physical Review B. — 2020. — V. 102. — P. 165305—165314.
  2. HgTe/CdHgTe double quantum well with a spectrum of bilayer graphene and peculiarities of its magnetotransport [Текст] / M.V. Yakunin, S.S. Krishtopenko, S.M. Podgornykh, M.R. Popov, V.N. Neverov, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky // JETP Letters. — 2016. — V. 104. — P. 403—410.