Комбинированные состояния дробного квантового эффекта Холла в двухслойных электронных системах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

На образцах с электронной системой, образованной двумя слоями двумерных электронов различной плотности в широкой (60 нм) GaAs квантовой яме, выполнены исследования состояний дробного квантового эффекта Холла. Эксперимент проведен при температуре 45 мК в наклонном магнитном поле, где эти состояния лучше выражены. Обнаружено, что незначительные изменения соотношения между плотностями электронов, производимые при помощи затворных напряжений, могут приводить к существенному изменению картины наблюдаемых состояний. При различных комбинациях плотностей электронов в слоях обнаружены хорошо выраженные квантованные плато холловского сопротивления Rxy = q(h/e2) с квантовыми числами q = 4/5, 3/4, 3/8 и 3/7. С использованием магнитоемкостной методики установлено, что состояния с q = 4/5 и 3/4 (q = 3/8 и 3/7) возникают в условиях, когда в слое с большей плотностью электронов существует несжимаемое состояние, обусловленное скачком химического потенциала слоя между различными спиновыми подуровнями Ландау, происходящем при заполнении электронами слоя целого числа подуровней, равного единице (двойке). Установлено, что при сканировании магнитного поля возможна реализация двух состояний дробного квантового эффекта Холла с q = 3/8 и 3/7 в пределах одного и того же несжимаемого состояния в слое большей плотности, уширенного по полю за счет перехода электронов между слоями, происходящего при изменении поля.

Об авторах

С. И. Дорожкин

Институт физики твердого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН

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

А. А. Капустин

Институт физики твердого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН

Черноголовка, Россия

Ю. Х. Смет

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Stuttgart, Germany

Список литературы

  1. D. C. Tsui, H. L. Stormer, and A. C. Gossard, Phys. Rev. Lett. 48, 1559 (1982).
  2. R. B. Laughlin, Phys. Rev. Lett. 50, 1395 (1983).
  3. F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 49, 957 (1982).
  4. D. Arovas, J. R. Schrieffer, and F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 53, 722 (1984).
  5. J. K. Jain, Phys. Rev. Lett. 63, 199 (1989).
  6. Perspectives on Quantum Hall Effects, ed. by S. Das Sarma and A. Pinczuk, Wiley, N.Y. (1997).
  7. J. K. Jain, Composite Fermions, Cambridge University Press, Cambridge, UK (2007).
  8. Fractional Quantum Hall Effects New Developments, ed. by B. I. Halperin and J. K. Jain, World Scientific, Singapore (2020).
  9. K. von Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980).
  10. R. R. Du, A. S. Yeh, H. L. Stormer, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 75, 3926 (1995).
  11. R. L.Willett, J. P. Eisenstein, H. L. Stormer, D. C. Tsui, A. C. Gossard, and J. H. English, Phys. Rev. Lett. 59, 1776 (1987).
  12. W. Pan, J.-S. Xia, V. Shvarts, D. E. Adams, H. L. Stormer, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, K. W. Baldwin, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 83, 3530 (1999).
  13. A. Sharma, A. C. Balram, and J. K. Jain, Phys. Rev. B 109, 035306 (2024).
  14. Sudipto Das, Sahana Das, and Sudhansu S. Mandal, Phys. Rev. Lett. 132, 106501 (2024)
  15. Y. W. Suen, L. W. Engel, M. B. Santos, M. Shayegan, and D. C. Tsui, Phys. Rev. Lett. 68, 1379 (1992).
  16. J. P. Eisenstein, G. S. Boebinger, L. N. Pfeiffer, K. W. West, and S. He, Phys. Rev. Lett. 68, 1383 (1992).
  17. Y. W. Suen, H. C. Manoharan, X. Ying, M. B. Santos, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 72, 3405 (1994).
  18. D. R. Luhman, W. Pan, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, K. W. Baldwin, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 101, 266804 (2008)
  19. C. Wang, P. T. Madathil, S. K. Singh, A. Gupta, Y. J. Chung, L. N. Pfeiffer, K. W. Baldwin, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 134, 046502 (2025).
  20. С. И. Дорожкин, А. А. Капустин, И. Б. Федоров, В. Уманский, Ю. Х. Смет, Письма в ЖЭТФ 117, 72 (2023).
  21. S. I. Dorozhkin, A. A. Kapustin, I. B. Fedorov, V. Umansky, K. von Klitzing, and J. H. Smet, J. Appl. Phys. 123, 084301 (2018).
  22. С. И. Дорожкин, А. А. Капустин, И. Б. Федоров, В. Уманский, Ю. Х. Смет, Письма в ЖЭТФ 117, 935 (2023).
  23. J. Xia, J. P. Eisenstein, L. N. Pfeiffer, and K. W. West, Nature Phys. 7, 845 (2011).
  24. C. Nayak, Nature Phys. 7, 836 (2011).
  25. T. P. Smith, B. B. Goldberg, P. J. Stiles, and M. Heiblum, Phys. Rev. B 32, 2696(R) (1985).
  26. S. Luryi, Appl. Phys. Lett. 52, 501 (1988).
  27. S. V. Kravchenko, V. M. Pudalov, and S. G. Semenchinsky, Phys. Lett. A 141, 71 (1989).
  28. A. A. Капустин, C. И. Дорожкин, И. Б. Федоров, В. Уманский, Ю. Х. Смет, Письма в ЖЭТФ 110, 407 (2019).
  29. S. I. Dorozhkin, A. A. Kapustin, I. B. Fedorov, V. Umansky, and J. H. Smet, Phys. Rev. B 102, 235307 (2020).
  30. И. Б. Федоров, C. И. Дорожкин, A. A. Капустин, Поверхность # 11, 62 (2021).
  31. A. G. Davies, C. H. W. Barnes, K. R. Zolles, J. T. Nicholls, M. Y. Simmons, and D. A. Ritchie, Phys. Rev. B 54, R17331 (1996).
  32. V. V. Solovyev, S. Schmult, W. Dietsche, and I. V. Kukushkin, Phys. Rev. B 80, 241310(R) (2009).
  33. С. И. Дорожкин, Письма в ЖЭТФ 103, 578 (2016).
  34. H. Deng, Y. Liu, I. Jo, L. N. Pfeiffer, K. W. West, K. W. Baldwin, and M. Shayegan, Phys. Rev. B 96, 081102(R) (2017).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025