AC и DC проводимость в структуре n-GaAs/AlAs с широкой квантовой ямой в сильных магнитных полях / Дмитриев А.А., Дричко И.Л., Смирнов И.Ю., Быков А.А., Бакаров А.К.

Abstract

В широкой квантовой яме кулоновское расталкивание электронов приводит к формированию двухслойной электронной системы. Её энергетический спектр состоит из симметричной (S) и антисимметричной (AS) подзон, разделённых щелью SAS. В таких системах подробно изучены межподзонные переходы, проявляющиеся в виде осцилляций проводимости в малых магнитных полях (до ~2 Тл) [1]. Данное исследование сосредоточено на влиянии двухподзонного спектра на проводимость в сильных магнитных полях. В работе изучается AC и DC проводимость в структуре с широкой (46 нм) квантовой ямой GaAs, c барьерами из сверхрешёток AlAs/GaAs. Измерения DC-проводимости проводились на холловских мостиках в магнитных полях до 14 Тл при Т = (2.2–4.2) К. Для исследования ACпроводимости  21 i AC xx  применялись две бесконтактные высокочастотные методики: акустическая, позволяющая определять 1 и 2 на частотах от 30 до 250 МГц, и микроволновая – с её помощью можно расширить частотный диапазон до 1200 МГц. Измерения обеими методиками проводились в магнитных полях до 8 Тл при Т = (1.7–4.2) К. Измерения на постоянном токе: холловская проводимость xy демонстрирует плато целочисленного квантового эффекта Холла, из которых были определены факторы заполнения уровней Ландау ( = 3, 4, 5, 6, 8) и суммарная концентрация носителей n = 8.3·1011 см-2. Диагональная проводимость хх в зависимости от магнитного поля осциллирует, при этом наблюдается необычная картина: возникают три серии осцилляций хх, различающихся амплитудой, тогда как обычно таких серий две. Для объяснения этого факта была построена энергетическая диаграмма двухподзонной схемы с использованием SAS = 1.5 мэВ, определенной нами из межподзонных переходов на этом же образце. Оказалось, что в режиме активационной проводимости существует три типа энергий активации, определяющихся переходами: (1) между уровнем Ландау (N – 1) AS-подзоны и уровнем Ландау N S-подзоны, это глубокие осцилляции с  = 4N; (2) переходы между уровнями Ландау N Sподзоны и N AS-подзоны, это мелкие осцилляции с  = 4N + 2; и, наконец, (3) переходы между расщеплёнными по спину энергиями S и AS-подзон, это осцилляции с  = 4N + 1 и  = 4N + 3, где N – номер уровня Ландау. Энергии активации проводимости, соответствующие разным осцилляциям, их положение в магнитном поле и значение проводимости в их минимумах хорошо качественно объясняются построенной энергетической диаграммой. Высокочастотные измерения: чтобы определить механизмы проводимости в структуре в сильных магнитных полях, мы исследовали AC-проводимость. В максимумах осцилляций проводимость не зависит от частоты, что характерно для проводимости по делокализованным состояниям. В минимумах осцилляций носители заряда локализованы, механизм АС-проводимости становится прыжковым, характеризующимся частотной зависимостью. Её можно аппроксимировать степенным законом, причем степень оказывается тем больше, чем сильнее локализация. Для этого механизма характерно и соотношение 2 > 1, наблюдаемое в эксперименте.