Дираковские фермионы в CdHgTe квантовых ямах / Савченко М.Л., Козлов Д.А., Рыжков М.С., Будкин Г.В., Квон З.Д., Михайлов Н.Н., Дворецкий С.А.

Система однодолинных двумерных дираковских фермионов реализуется в HgTe квантовыхямах критической толщины (~6.5 нм). Изучению этой системы посвящено большое количество работ.Существует экспериментальное наблюдение, что качество HgTe квантовых ям монотонно падает приуменьшении толщины менее 20 нм, что, по-видимому, связано с увеличением роли флуктуацийтолщины ямы. С другой стороны, теория предсказывает, что критическая толщина растет при замененебольшой доли атомов Hg в квантовой яме на Cd. Можно предположить, что ямы CdHgTeкритической толщины будут обладать более высоким качеством, что HgTe ямы. Данная работапосвящена проверке этой гипотезы. Более подробно, были исследованы ямы вида Cd0.02Hg0.98Te иCd0.06Hg0.94Te с толщинами 7.4 и 11.5 нм, что соответствует критическим толщинам при заданныхдолях атомов Cd. Проведены магнетотранспортные и емкостные исследования, характеризующиеосновные свойства структур. Обнаружено, что квантовая яма первого типа обладает бесщелевойзонной структурой и меньшим на 10% беспорядком, чем в традиционных HgTe квантовых ямахкритической толщины.Однако, в квантовой яме толщиной11.5 нм был обнаружен болеевпечатляющий результат в виде ростаподвижности в 2-2.5 раза. Анализтемпературной зависимости величинысопротивления в дираковской точкепоказал, что структура имеетэнергетическую щель величиной менее10 мэВ между валентной зоной и зонойпроводимости. Наличие щели означает,что толщина ямы отличается откритической для данной доли атомов Cd,причем отличие может быть как вменьшую, так и в большую сторону. Вобоих случаях в яме должнынаблюдаться массивные дираковские фермионы, однако лишь в случае превышения критическойтолщины в ямах также должна наблюдаться и инверсия спектра. В этому случае в ней должнонаблюдаться формирование топологически защищенных краевых каналов, системы такого типаявляются двумерными топологическими изоляторами. С целью проверки, какой случай былреализован, были проведены исследования нелокального транспорта. Обнаружено, что нелокальноесопротивление имеет слишком большую величину для описания обычной моделью Друде, и поэтомувозникает благодаря краевым каналам. Таким образом, квантовая яма толщиной 11.5нм с долей Cd6% оказалась высококачественным двумерным топологическим изолятором, с подвижностью в 2-2.5раза выше традиционных структур, и поэтому перспективным для дальнейших исследований.