Kollektivnyy depinning i skol'zhenie dvumernogo kvantovogo elektronnogo tverdogo tela v poluprovodnikakh (Minyubzor)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Мы сообщаем о наблюдении двух различных пороговых значений на вольт-амперных характеристиках, сопровождающихся пиком широкополосного токового шума, возникающим между двумя пороговыми напряжениями, в изолирующем состоянии сильно взаимодействующих двумерных электронных систем. Эти эффекты наблюдались в кремниевых полевых транзисторах типа металл-оксид-полупроводник и гетероструктурах SiGe/Si/SiGe со сверхвысокой подвижностью. Феноменологическая теория коллективного депиннинга упругих структур может объяснить наблюдаемые результаты. Это свидетельствует об образовании электронного твердого тела в этих электронных системах и демонстрирует общность эффекта для различных классов двумерных электронных систем. Интересно, что двухпороговые вольт-амперные кривые, указывающие на образование электронного твердого тела при низких плотностях, не наблюдаются в режиме квантового холла. Отсутствие наблюдений не подтверждает существование квазичастичного квантового холловского вигнеровского твердого тела и указывает на то, что квазичастицы вблизи целочисленного заполнения не образуют независимой подсистемы.

About the authors

A. A. Shashkin

Институт физики твердого тела

Email: shashkin@issp.ac.ru
Черноголовка, Россия

S. V. Kravchenko

Physics Department, Northeastern University

Email: email@example.com
Boston, MA, USA

References

  1. V. T. Dolgopolov, Phys.-Uspekhi 60, 731 (2017).
  2. V. M. Pudalov, M. D’Iorio, S. V. Kravchenko, and J. W. Campbell, Phys. Rev. Lett. 70, 1866 (1993).
  3. T. Knighton, Z. Wu, J. Huang, A. Serafin, J. S. Xia, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. B 97, 085135 (2018).
  4. P. Brussarski, S. Li, S. V. Kravchenko, A. A. Shashkin, and M. P. Sarachik, Nat. Commun. 9, 3803 (2018).
  5. A. V. Chaplik, Sov. Phys. JETP 35, 395 (1972).
  6. B. Tanatar and D. M. Ceperley, Phys. Rev. B 39, 5005 (1989).
  7. V. Kagalovsky, S. V. Kravchenko, and D. Nemirovsky, Physica E 119, 114016 (2020).
  8. C. Attaccalite, S. Moroni, P. Gori-Giorgi, and G. B. Bachelet, Phys. Rev. Lett. 88, 256601 (2002).
  9. B. Spivak and S. A. Kivelson, Phys. Rev. B 70, 155114 (2004).
  10. B. Spivak and S. A. Kivelson, Ann. Phys. 321, 2071 (2006).
  11. M. V. Zverev, V. A. Khodel, and S. S. Pankratov, JETP Lett. 96, 192 (2012).
  12. A. A. Shashkin, S. V. Kravchenko, V. T. Dolgopolov, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. Lett. 87, 086801 (2001).
  13. A. A. Shashkin, S. V. Kravchenko, V. T. Dolgopolov, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. B 66, 073303 (2002).
  14. V. M. Pudalov, M. E. Gershenson, H. Kojima, N. Butch, E. M. Dizhur, G. Brunthaler, A. Prinz, and G. Bauer, Phys. Rev. Lett. 88, 196404 (2002).
  15. J. Zhu, H. L. Stormer, L. N. Pfeiffer, K. W. Baldwin, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 90, 056805 (2003).
  16. Y.-W. Tan, J. Zhu, H. L. Stormer, L. N. Pfeiffer, K. W. Baldwin, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 94, 016405 (2005).
  17. A. A. Shashkin, S. Anissimova, M. R. Sakr, S. V. Kravchenko, V. T. Dolgopolov, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. Lett. 96, 036403 (2006).
  18. T. Gokmen, M. Padmanabhan, and M. Shayegan, Phys. Rev. B 81, 235305 (2010).
  19. A. Mokashi, S. Li, B. Wen, S. V. Kravchenko, A. A. Shashkin, V. T. Dolgopolov, and M. P. Sarachik, Phys. Rev. Lett. 109, 096405 (2012).
  20. Y. Kasahara, Y. Oshima, J. Falson, Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Kawasaki, and Y. Iwasa, Phys. Rev. Lett. 109, 246401 (2012).
  21. J. Falson, Y. Kozuka, J. H. Smet, T. Arima, A. Tsukazaki, and M. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 107, 082102 (2015).
  22. A. Y. Kuntsevich, Y. V. Tupikov, V. M. Pudalov, and I. S. Burmistrov, Nat. Commun. 6, 7298 (2015).
  23. M. Y. Melnikov, A. A. Shashkin, V. T. Dolgopolov, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Sci. Rep. 7, 14539 (2017).
  24. M. Y. Melnikov, A. A. Shashkin, V. T. Dolgopolov, A. Y. X. Zhu, S. V. Kravchenko, S.-H. Huang, and C. W. Liu, Phys. Rev. B 99, 081106(R) (2019).
  25. J. Falson, I. Sodemann, B. Skinner, D. Tabrea, Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Kawasaki, K. von Klitzing, and J. H. Smet, Nat. Mater. 21, 311 (2022).
  26. M. Y. Melnikov, A. A. Shakirov, A. A. Shashkin, S. H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Sci. Rep. 13, 17364 (2023).
  27. R. Fletcher, V. M. Pudalov, A. D. B. Radcliffe, and C. Possanzini, Semicond. Sci. Technol. 16, 386 (2001).
  28. V. J. Goldman, M. Santos, M. Shayegan, and J. E. Cunningham, Phys. Rev. Lett. 65, 2189 (1990).
  29. J. Campbell, M. D’Iorio, and V. Pudalov, Physica B: Condensed Matter 194–196, 1241 (1994).
  30. V. M. Pudalov and S. T. Chui, Phys. Rev. B 49, 14062 (1994).
  31. V. M. Pudalov, J. Phys. IV France 12, 331 (2002).
  32. T. Giamarchi, Electronic glasses, in Quantum Phenomena in Mesoscopic Systems, IOS Press (2003), p. 303.
  33. M. S. Hossain, M. K. Ma, K. A. Villegas-Rosales, Y. J. Chung, L. N. Pfeiffer, K. W. West, K. W. Baldwin, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 129, 036601 (2022).
  34. P. T. Madathil, K. A. V. Rosales, Y. J. Chung, K. W. West, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, L. W. Engel, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 131, 236501 (2023).
  35. H. W. Jiang, H. L. Stormer, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. B 44, 8107 (1991).
  36. V. T. Dolgopolov, G. V. Kravchenko, A. A. Shashkin, and S. V. Kravchenko, Phys. Rev. B 46, 13303 (1992).
  37. A. A. Shashkin, V. T. Dolgopolov, and G. V. Kravchenko, Phys. Rev. B 49, 14486 (1994).
  38. S. Marianer and B. I. Shklovskii, Phys. Rev. B 46, 13100 (1992).
  39. W. J. Yeh and Y. H. Kao, Phys. Rev. B 44, 360 (1991).
  40. G. Blatter, M. Y. Feigel’man, Y. B. Geshkenbein, A. I. Larkin, and V. M. Vinokur, Rev. Mod. Phys. 66, 1125 (1994).
  41. V. V. Shmidt, The physics of superconductors: introduction to fundamentals and applications, Springer, Berlin (1997).
  42. T. J. Bullard, J. Das, G. L. Daquila, and U. C. Tauber, Eur. Phys. J. B 65, 469 (2008).
  43. R. Heemskerk and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. B 58, R1754 (1998).
  44. M. Ovadia, B. Sacepe, and D. Shahar, Phys. Rev. Lett. 102, 176802 (2009).
  45. B. L. Altshuler, V. E. Kravtsov, I. V. Lerner, and I. L. Aleiner, Phys. Rev. Lett. 102, 176803 (2009).
  46. A. A. Shashkin, Phys. Usp. 48, 129 (2005).
  47. J. Jaroszyn´ski, D. Popovi´c, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. Lett. 89, 276401 (2002).
  48. J. Jaroszyn´ski, D. Popovi´c, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. Lett. 92, 226403 (2004).
  49. M. Y. Melnikov, A. A. Shashkin, V. T. Dolgopolov, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Appl. Phys. Lett. 106, 092102 (2015).
  50. V. T. Dolgopolov, M. Y. Melnikov, A. A. Shashkin, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Phys. Rev. B 103, L161302 (2021).
  51. M. Y. Melnikov, A. A. Shashkin, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Appl. Phys. Lett. 125, 153102 (2024).
  52. M. Y. Melnikov, V. T. Dolgopolov, A. A. Shashkin, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, J. Appl. Phys. 122, 224301 (2017).
  53. M. Y. Melnikov, A. A. Shashkin, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Phys. Rev. B 109, L041114 (2024).
  54. F. I. B. Williams, P. A. Wright, R. G. Clark, E. Y. Andrei, G. Deville, D. C. Glattli, C. Dorin, C. T. Foxon, and J. J. Harris, Phys. Rev. Lett. 66, 3285 (1991).
  55. L. Engel, C.-C. Li, D. Shahar, D. Tsui, and M. Shayegan, Solid State Commun. 104, 167 (1997).
  56. P. D. Ye, L. W. Engel, D. C. Tsui, R. M. Lewis, L. N. Pfeiffer, and K. West, Phys. Rev. Lett. 89, 176802 (2002).
  57. G. Sambandamurthy, Z. Wang, R. Lewis, Y. P. Chen, L. Engel, D. Tsui, L. Pfeiffer, and K West, Solid State Commun. 140, 100 (2006),
  58. B.-H. Moon, L. W. Engel, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. B 89, 075310 (2014).
  59. M. L. Freeman, P. T. Madathil, L. N. Pfeiffer, K. W. Baldwin, Y. J. Chung, R. Winkler, M. Shayegan, and L. W. Engel, Phys. Rev. Lett. 132, 176301 (2024).
  60. Y. Chen, R. M. Lewis, L. W. Engel, D. C. Tsui, P. D. Ye, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 91, 016801 (2003).
  61. R. M. Lewis, Y. Chen, L. W. Engel, D. C. Tsui, P. D. Ye, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 93, 176808 (2004).
  62. R. Lewis, Y. Chen, L. Engel, D. Tsui, P. Ye, L. Pfeiffer, and K. West, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 22, 104 (2004); 15th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-15).
  63. H. Zhu, Y. P. Chen, P. Jiang, L. W. Engel, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 105, 126803 (2010).
  64. A. T. Hatke, Y. Liu, B. A. Magill, B. H. Moon, L. W. Engel, M. Shayegan, L. N. Pfeiffer, K. W. West, and K. W. Baldwin, Nat. Commun. 5, 4154 (2014).
  65. B.-H. Moon, L. W. Engel, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. B 92, 035121 (2015).
  66. K.-S. Kim and S. A. Kivelson, npj Quantum Mater. 6, 22 (2021).
  67. M. Y. Melnikov, D. G. Smirnov, A. A. Shashkin, S. H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, arXiv:2504.02738 [cond-mat.strel].
  68. M. Y. Melnikov, D. G. Smirnov, A. A. Shashkin, S.-H. Huang, C. W. Liu, and S. V. Kravchenko, Phys. Rev. B 111, L041301 (2025).
  69. A. A. Shashkin, M. Y. Melnikov, and S. V. Kravchenko, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 168, 116192 (2025).
  70. C. Reichhardt and C. J. O. Reichhardt, Phys. Rev. B 106, 235417 (2022).
  71. C. Reichhardt and C. J. O. Reichhardt, J. Phys.: Condens. Matter 35, 325603 (2023).
  72. S. T. Chui and B. Tanatar, Phys. Rev. Lett. 74, 458 (1995).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences