Пересечение уровней и нулевой уровень Ландау в двойной квантовой яме HgTe / Ольшанецкий Е.Б., Гусев Г.М., Левин А.Д., Райчев О.Е., Михайлов Н.Н., Дворецкий А.С.

Abstract

Свойства однослойных и двухслойных дираковских систем, таких однослойный и двухслойный графен, привлекают большое внимание [1-3]. В частности, квазичастицы в однослойном графене являются безмассовыми дираковскими фермионами с линейным законом дисперсии и фазой Берри, равной π, в то время как в двухслойном графене квазичастицы являются киральными (chiral) фермионами с энергетическим спектром близком к параболическому и фазой Берри 2π. Важным свойством двухслойного графена является возможность управления его зонной структурой - приложение внешнего поперечного электрического поля приводит к появлению энергетической щели между зоной проводимости и валентной зоной. Транспортные измерения в магнитном поле позволяют увидеть разницу между однослойным и двухслойным графеном. Например, квантование Ландау в однослойном графене в отличие от двухслойного пропорционально квадратному корню как от номера уровня, так и от приложенного магнитного поля [4]. Тем не менее, зонная структура графена является довольно сложной. В частности, двухслойный графен имеет четырехкратно вырожденные уровни (спиновое и долинное вырождение), за исключением нулевого уровня, вырожденного восьмикратно. Характер спектра в магнитном поле зависит от того, какое из вырождеинй, спиновое или долинное, снимается раньше. Недавно была обнаружена еще одна 2D система безмассовых квазичастиц, имеющая только один дираковский конус и реализующаяся в квантовой яме HgTe критической толщины [5-7]. Дираковские фермионы в КЯ HgTe имеют высокую подвижность и демонстрируют хорошо выраженный квантовый эффект Холла. В настоящей работе изучены транспортные свойства структуры, состоящей из двух КЯ HgTe критической толщины 6.3 нм, разделеных барьером 3 нм. Данная структура представляет собой дираковскую систему, схожую с двухслойным графеном, но без долинного вырождения последней [8,9]. Изучение двойной квантовой ямы HgTe дает возможность исследовать дисперсию уровней Ландау в двухслойной однодолинной системе дираковских фермионов. В работе выполнены транспортные измерения в туннельно связанной двойной 6.3 нм квантовой яме HgTe и проведено последующее сравнение полученных результатов с численной моделью уровней Ландау в данной системе. Наблюдаются множественные пересечения нулевого уровня с другими уровнями Ланду. Положение и последовательность этих пересечений согласуется с численной моделью, если предположить наличие встроенного электрического поля в структуре вследствие асимметричного расположения в ней атомов легирующей примеси.