Моделирование магнитотранспорта электронов в цилиндрической наномембране / Багочюс Е.К., Воробьёв А.Б., Воробьёва Ю.С., Принц В.Я.

Прогресс полупроводниковой технологии сделал возможным изготовление трёхмерныхтонкоплёночных наномембран сложной геометрии – трубок и спиралей, содержащих двумерныйэлектронный газ (ДЭГ) [1]. Транспорт ДЭГ в стенках наномембран, помещённых в однородноевнешнее магнитное поле, физически эквивалентен транспорту плоского ДЭГ в неоднородноммагнитном поле. Уменьшение радиуса кривизны наномембраны увеличивает градиент эффективногомагнитного поля, управляющего транспортом ДЭГ в ней. При радиусе кривизны 1 мкм в поле 1 Тлградиент превышает 10000 Тл/см. Сильный градиент магнитного поля приводит к особенностям вмагнитотранспорте ДЭГ уже в классических магнитных полях. Один из наиболее яркихмагнитотранспортных эффектов в градиентном магнитном поле – статический скин-эффект– былпредсказан теоретически [2]. Позднее было обнаружено его экспериментальное проявление –гигантская асимметрия продольного сопротивления [3]. Неплоские двумерные системы достаточносложны для теоретического описания, лишь немногие задачи в них допускают аналитическоерешение, поэтому важно иметь возможность моделирования магнитотранспортных процессов внеплоских двумерных системах сложной геометрии. В данной работе для расчетамагнитотранспортных эффектов в тонких пленках был применен вычислительный пакет SentaurusTCAD. До сих пор магнитные эффекты в Sentaurus TCAD рассчитывались только для кремниевыхпланарных структур [4]. В данной работе моделировались магнитотранспортные эффекты визогнутой тонкой пленке с высокой подвижностью электронов. Рассчитаны зависимостипродольного Rxx(В) и холловского Rxy(В) сопротивлений для электронного газа в цилиндрическойнаномембране при различных направлениях внешнего магнитного поля. Результаты расчётовколичественно воспроизводят наиболее существенные отличия магнитотранспортных характеристикДЭГ на цилиндрической поверхности от характеристик плоскогоДЭГ – сильную асимметрию продольного сопротивления: Rxxбыстро зануляется с ростом магнитного поля при одной егополярности и стремится к линейной зависимости при другойполярности. Показано, что в градиентном магнитном поле токлокализуется у одного из краёв изогнутого холловского мостика (взависимости от знака градиента). Расчёты распределенияэлектростатического потенциала и плотности тока визуализируютсильную неоднородность тока в цилиндрической наномембране вовнешнем однородном магнитном поле и позволяют оценитьхарактерную ширину токовых каналов, зависящую отподвижности электронов и величины градиента магнитного поля.