Эффективная масса и спектр уровней Ландау валентной зоны для квантовой ямы HgTe в модели «петли экстремумов»: эффекты кубической симметрии / Гудина С.В., Боголюбский А.С., Неверов В.Н., Шелушинина Н.Г., Якунин М.В.

Abstract

В широких QW HgTe/Cd(Hg)Te с инвертированной зонной структурой (dQW  18нм) возникает новая двумерная электронная система: фаза двумерного полуметалла (2D SM) [1, 2]. Существование 2D SM в этой системе связано с перекрытием на несколько мэВ минимума зоны проводимости в центре зоны Бриллюэна с боковыми максимумами валентной зоны Расчет структуры энергетических зон [2] показывает, что основной причиной перекрытия в широких QW является деформация, обусловленная несоответствием постоянных решетки HgTe и CdTe. В области SM, когда уровень Ферми пересекает как валентную зону, так и зону проводимости, в HgTe QW наблюдается ряд интересных транспортных свойств, обусловленных сосуществованием 2D электронов и дырок [3-7]. Численные расчеты эффективной массы дырок валентной зоны (подзоны H2) для сильной анизотропии спектра (учет гофрировки; асимметрии границ квантовой ямы и различия их размытия) в квазиклассическом приближении выполнены в [8]. В данной работе мы представляем результаты квазиклассических расчетов эффективной массы, а также спектра уровней Ландау валентной зоны QW HgTe с инвертированной зонной структурой в модели «петли экстремумов» с учетом эффектов гофрировки. Учет анизотропии )( || k v  приводит к более сложному виду изоэнергетических контуров вблизи потолка валентной зоны H2. Картина линий постоянной энергии валентной зоны с учетом гофрировки такова: при малых энергиях основными состояниями дырок становятся четыре максимума, смещенные из центра зоны Бриллюэна в направлениях    1;1 , а в направлениях   1;0 и    0 ;1 находятся четыре седловые точки. При энергиях ниже седловых точек изоэнергетические контуры приобретают вид деформированных («гофрированных») колец, и мы имеем «петлю экстремумов», когда максимумы энергии дырок достигаются на гладкой замкнутой кривой в пространстве импульсов. В целом эффект гофрировки приводит к аномальной зависимости mc() с логарифмической расходимостью в седловых точках и, как следствие, к сложному виду картины уровней Ландау. В полуметаллической фазе веер уровней Ландау валентной зоны стартует при B = 0 с энергии, соответствующей энергии боковых максимумов этой зоны, и перекрывается с веером уровней Ландау зоны проводимости.