Коллективный депиннинг и скольжение двумерного квантового электронного твердого тела в полупроводниках (Минюбзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

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.

Об авторах

А. А. Шашкин

Институт физики твердого тела

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

С. В. Кравченко

Physics Department, Northeastern University

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

Список литературы

  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).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025