Магнетотранспортная спектроскопия интерфейсных, квантово-ямных и гибридных состояний в структурах с многочисленными слоями HgTe толщиной 16 нм
Васильева Г.Ю.1, Грешнов А.А.1, Васильев Ю.Б.1, Михайлов Н.Н.2, Усикова А.А.1, Haug R.J.3
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия
3Institut fur Festkorperphysik, Leibniz Universitat Hannover, Hannover, Germany
Email: a_greshnov@hotmail.com
Поступила в редакцию: 6 декабря 2018 г.
Выставление онлайн: 19 июня 2019 г.
Проведены измерения продольной и холловской компонент тензора сопротивления структур с многочисленными слоями HgTe толщиной 16 нм в магнитных полях до 12 Тл при температурах от 1.5 до 300 K. Обнаружено, что наклон зависимости холловской компоненты от магнитного поля меняет знак при некоторой критической температуре, составившей Tc=5 и 10 K в двух исследованных образцах, что свидетельствует о наличии двух типов носителей и изменении соотношения между их вкладами в холловское сопротивление с температурой. Малость критической температуры и проявление "двухкомпонентного" характера холловских кривых лишь при T>Tc доказывают близость основного состояния системы к бесщелевому. При более высоких температурах (20<T<200 K) холловская концентрация с высокой точностью пропорциональна температуре. Описание законов дисперсии носителей в рамках 8-зонной kp-модели с учетом вызванного механическими напряжениями расщепления края зоны Gamma8, формирующей в HgTe состояния обоих типов, позволило количественно описать наблюдаемые особенности магнетотранспорта. Показано, что они связаны с параллельным заполнением электронных и дырочных состояний, образовавшихся в результате смешивания интерфейсных состояний, ответственных за фазу топологического изолятора, и квантово-размерных состояний зоны Gamma8. Ключевые слова: магнетотранспортные характеристики, интерфейсные состояния, фазовая диаграмма, эффект Холла.
- M. Schultz, U. Merkt, A. Sonntag, U. Rossler, R. Winkler, T. Colin, P. Helgesen, T. Skauli, S. L vold. Phys. Rev. B, 57, 14772 (1998)
- B. Buttner, C.X. Liu, G. Tkachov, E.G. Novik, C. Brune, H. Buhmann, E.M. Hankiewicz, P. Recher, B. Trauzettel, S.C. Zhang, L.W. Molenkamp. Nature Phys., 7, 418 (2011)
- М.С. Жолудев, Ф. Теп, С.В. Морозов, М. Орлита, К. Консейон, С. Руфенах, В. Кнап, В.И. Гавриленко, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов. Письма ЖЭТФ, 100, 895 (2014)
- J. Ludwig, Yu.B. Vasilyev, N.N. Mikhailov, J.M. Poumirol, Z. Jiang, O. Vafek, D. Smirnov. Phys. Rev. B, 89, 241406(R) (2014)
- E.G. Novik, A. Pfeuffer-Jeschke, T. Jungwirth, V. Latussek, C.R. Becker, G. Landwehr, H. Buhmann, L.W. Molenkamp. Phys. Rev. B, 72, 035321 (2005).
- S. Wiedmann, A. Jost, C. Thienel, C. Brune, P. Leubner, H. Buhmann, L.W. Molenkamp, J.C. Maan, U. Zeitler. Phys. Rev. B, 91, 205311 (2015)
- A.M. Kadykov, S.S. Krishtopenko, B. Jouault, W. Desrat, W. Knap, S. Ruffenach, C. Consejo, J. Torres, S.V. Morozov, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskii, F. Teppe. Phys. Rev. Lett., 120, 086401 (2018)
- P. Leubner, L. Lunczer, C. Brune, H. Buhmann, L.W. Molenkamp. Phys. Rev. Lett., 117 (8), 086403 (2016)
- З.Д. Квон, Е.Б. Ольшанецкий, Д.А. Козлов. Письма ЖЭТФ, 87, 588 (2008)
- Д.А. Козлов, З.Д. Квон, Н.Н. Михайлов и др. Письма ЖЭТФ, 93, 186 (2011)
- B.A. Bernevig, T.L. Hughes, S.-C. Zhang. Science, 314, 1757 (2006)
- G.M. Gusev, Z.D. Kvon, E.B. Olshanetsky, A.D. Levin, Y. Krupko, J.C. Portal, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky. Phys. Rev. B, 89, 125305 (2014)
- M. Marcinkiewicz, S. Ruffenach, S.S. Krishtopenko, A.M. Kadykov, C. Consejo, D.B. But, W. Desrat, W. Knap, J. Torres, A.V. Ikonnikov, K.E. Spirin, S.V. Morozov, V.I. Gavrilenko, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskii, F. Teppe. Phys. Rev. B, 96, 035405 (2017)
- А.А. Грешнов, Ю.Б. Васильев, Н.Н. Михайлов, Г.Ю. Васильева, Д. Смирнов. Письма ЖЭТФ, 97 (2), 108 (2013)
- J. Ruan, S.-K. Jian, H. Yao, H. Zhang, S.-C. Zhang, D. Xing. Nature Commun., 7, 11136 (2016)
- T. Rauch, S. Achilles, J. Henk, I. Mertig. Phys. Rev. B, 96, 035124 (2017)
- A.A. Burkov, L. Balents. Phys. Rev. Lett., 107, 127205 (2011)
- G.B. Halasz, L. Balents. Phys. Rev. B, 85, 035103 (2012)
- M. Voos. Surf. Sci. Reports, 7, 189 (1987)
- Yu.G. Sidorov, S.A. Dvoretsky, M.V. Yakushev, N.N. Mikhailov, V.S. Varavin, V.I. Liberman. Thin Sol. Films, 306, 253 (1997)
- Z.D. Kvon, E.B. Olshanetsky, E.G. Novik, D.A. Kozlov, N.N. Mikhailov, I.O. Parm, S.A. Dvoretsky. Phys. Rev. B, 83, 193304 (2011)
- E.B. Olshanetsky, Z.D. Kvon, N.N. Mikhailov, E.G. Novik, I.O. Parm, S.A. Dvoretsky. Sol. St. Commun., 152, 265 (2012)
- М.И. Дьяконов, А.В. Хаецкий. Письма ЖЭТФ, 33, 115 (1981).
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.