Исследование кулоновских корреляций в ДЭС на основе ZnO / Кайсин Б.Д., Ваньков А.Б., Кукушкин И.В.

В последние 10 лет широкое внимание привлекли к себе высококачественные гетероструктуры наоснове ZnO. Данные структуры обладают большой эффективной массой двумерных электронов, большимg фактором и низкой диэлектрической проницаемостью в сравнении с традиционными кремнием иарсенидом галлия. Эти особенности обуславливают высокий масштаб кулоновских корреляций, что даетподходящую систему для исследования многочастичных эффектов.Среди новых многочастичных эффектов вгетероструктурах ZnO/MgZnO обнаруженферромагнитный переход на четных факторахзаполнения уровней Ландау. Этот эффектнаблюдался в серии магнитотранспортныхэкспериментов как пересечение смежныхспиновых подуровней последовательных уровнейЛандау, откуда извлекается параметр увеличеннойспиновой восприимчивости [1,2,3]. Вмагнитооптических экспериментах удаетсяизвлечь еще больше информации обэнергетическом спектре системы. В частности,удалось наблюдать диапазоны параметровсистемы, отвечающие ферромагнитному ипарамагнитному упорядочению в окрестностичетных факторов заполнения [4]. Впредшествующих работах был выдвинутфеноменологический подход к объяснениюданного перехода, который рассматривался какпересечение одночастичных спиновых подуровней Ландау.В настоящей работе была предпринята попытка дать объяснения данного перехода как следствиенеустойчивости парамагнитной фазы в условиях значительного смягчения нижайшего по энергииколлективного возбуждения. Для этого, методом неупругого рассеяния свата, были проведеныисследования кулоновских корреляций на нижайших по энергии коллективных возбуждениях –циклотронные спин-флип магнитоэкситоны (CSFM), при парамагнитном факторе заполнения 2. Данныевозбуждения представляют собой переход между двумя уровнями Ландау с переворотом спина. ЭнергииCSFM была измерена как функция концентрации на серии образцов ZnO/MgZnO (Рис. 1). Показано что вдиапазоне концентраций, соответствующих параметру взаимодействия rs 75 , совместный вкладкулоновской и зеемановской энергий приводит к “смягчению” CSFM, которое вызывает спонтанноепереключение спиновой конфигурации на факторе заполнения 2 с парамагнитной на ферромагнитную [5].Также были проведены теоретические оценки корреляционного вклада в энергию CSFM, которыенаходятся в согласии с экспериментом и проясняют механизм фазового перехода.