Проблема резервуара дырок в нетрадиционной картине квантового эффекта Холла в двойной квантовой яме p-HgTe/CdHgTe / Якунин М.В., Криштопенко С.С., Подгорных С.М., Попов М.Р., Неверов В.Н., Teppe F., Jouault B., Desrat W., Михайлов Н.Н., Дворецкий С.А.

Abstract

В связи с обнаружением аномально широкого плато квантового эффекта Холла (КЭХ) в системах с дираковскими фермионами — в эпитаксиальном графене [1,2] и слое HgTe критической толщины [3] — и актуальностью этого явления для метрологии в последнее время возродился интерес к старой идее резервуара носителей тока как механизма формирования структуры КЭХ [4]. Предполагается, что с ростом магнитного поля некий резервуар непрерывно поставляет мобильные носители тока в двумерный слой, в результате первое (со стороны сильных полей) состояние КЭХ может продолжаться до гигантских полей [2]. Рассматриваются разные варианты такого резервуара: локализованные состояния на гетерогранице графена и подложки SiC, некие карманы с высокой плотностью носителей внутри слоя графина. А в слое p-HgTe в качестве такого резервуара может выступать боковой максимум валентной подзоны, то есть особенность собственного энергетического спектра без привлечения каких-либо неоднородностей в структуре. Ранее мы обнаружили необычную структуру КЭХ в двойной квантовой яме (ДКЯ) p-типа проводимости, состоящей из двух слоев HgTe критической толщины 6.5 нм, разделенных барьером CdHgTe в 3 нм [5]. Одним из специфических элементов этой структуры является аномально широкое состояние с номером i = 2 (плато холловского сопротивления xy = h/ie2 ), переходящее в сильных полях в состояние i = 1. Тогда как в перечисленных выше примерах речь шла только об аномально широком первом состоянии КЭХ. На основе рассчитанного зонного спектра и картины уровней Ландау мы показали, что наличие перехода 2–1 связано со спецификой энергетического спектра ДКЯ, аномально широкое плато i = 2 не может существовать в монослое HgTe. Положение перехода 2–1 соответствует i = 1.5 и дает информацию о концентрации дырок в сильном поле. В нашей ДКЯ она существенно больше, чем это следует из картины КЭХ в слабых полях — в 4 раза больше в исходном состоянии образца и может изменяться с помощью потенциала затвора Vg и ИК-подсветки. Таким образом, мы количественно показали, что концентрация мобильных дырок действительно увеличивается с полем.