[qmeso-seminar] семинар 25 февраля

[Quantum Mesoscopics Dept.]

СЕМИНАР СЕКТОРА КВАНТОВОЙ МЕЗОСКОПИКИ

пятница 25 февраля, 15:00, ИТФ


_А.Б. Ваньков_, И.В. Кукушкин (ИФТТ)

Кулоновские корреляции как первопричина ферромагнитного
перехода в режиме квантового эффекта Холла с \nu=2


Появившийся в последнюю декаду новый тип гетероструктур на
основе ZnO/MgZnO позволяет заглянуть в физику двумерных электронных
систем (ДЭС) существенно дальше, чем это было возможно в
традиционных полупроводниках – кремнии и арсениде галлия.
Причиной тому являются сильные межчастичные корреляции в
сочетании с малым неоднородным уширением энергетических
уровней. В этих двумерных системах сравнительно легко
достигается параметр Вигнера-Зейтса r_s~5–12. При таком неведомом
ранее сочетании параметров «не работают» прежние теоретические
модели, десятилетиями обкатанные на двумерном электронном газе.
Качественную трансформацию претерпевают даже «хорошо
изученные» одночастичные явления, такие как целочисленный
квантовый эффект Холла (КЭХ) – потому как вследствие
кулоновского взаимодействия априори запутанной становится сама
система уровней Ландау. В прежних магнитотранспортных
исследованиях показано, что само явление КЭХ в гетероструктурах
ZnO остается, однако основное состояние системы сильно
модифицировано.

В данной работе обнаружен ферромагнитный переход в режиме
целочисленного КЭХ с четными факторами заполнения в системах на
основе ZnO. Методами фотолюминесценции и неупругого рассеяния
света удалось охарактеризовать фазовый состав ДЭС, наблюдать
диапазоны параметров системы, отвечающие ферро- и парамагнитному
упорядочению [1]. Построена фазовая диаграмма для состояния КЭХ
\nu=2 при изменении параметров электронной концентрации и угла
наклона магнитного поля. Из фазовой диаграммы извлечены
перенормированные ферми-жидкостные параметры для эффективной
массы и спиновой восприимчивости ДЭС. Показано, что именно
возрастающая роль кулоновских корреляций при уменьшении
концентрации ДЭС является первопричиной данного фазового
превращения.

Помимо феноменологии ферромагнитного перехода в настоящей
работе проведен анализ микроскопического механизма этого
явления. Методом неупругого рассеяния света прослежено
поведение низкоэнергетических коллективных возбуждений при
изменении концентрации ДЭС и показано, что ферромагнитный
переход наступает вследствие смягчения циклотронного спин-флип
возбуждения (CSFE), и последующего лавинообразного перехода
электронов между соседними уровнями Ландау с противоположными
спиновыми проекциями [2]. Аналогично, в терминах коллективных
спиновых возбуждений объясняется и обратный переход
ферромагнетик-парамагнетик [3]. В обоих случаях показана ключевая
роль наличия магниторотонного минимума в дисперсии спиновых
возбуждений.

Экспериментальные данные по энергии вовлеченных коллективных
возбуждений хорошо согласуются с расчетом, проведенным методами
точной диагонализации и экранированного приближения Хартри-Фока
[2,3].

[1] A.B.Vankov, B.D.Kaysin, I.V.Kukushkin, Phys.Rev.B 96, 235401 (2017).<br>
[2] A.B.Vankov, B.D.Kaysin, I.V.Kukushkin, Phys.Rev.B 98 121412(R) (2018).<br>
[3] A.B.Vankov, I.V.Kukushkin, Phys.Rev.B 104, 165144 (2021).

[Трансляция: https://zoom.us/j/96948399564?pwd=RXlKbW96Qm1tZEV6SHB0Q2JYeTdrdz09]

подробнее: http://qmeso.itp.ac.ru/seminars.php?abstract=true