Экспериментальное обнаружение Г—Х перехода в заполнении долин в узких ямах AlAs / Хисамеева А.Р., Щепетильников А.В., Муравьев В.М., Губарев С.И., Кукушкин И.В.

Изучение плазменных возбуждений играет все более важную роль в современных исследованияхэлектродинамики двумерных электронных систем (ДЭС). В отличие от хорошо изученных плазменныхвозбуждений в гетероструктурах GaAs/AlGaAs с однодолинной изотропной ДЭС, квантовые ямы (КЯ)AlAs представляют собой уникальную систему, сочетающую сильную анизотропию эффективных массэлектрона с возможностью контролированного заполнения долин [1]. Несмотря на эти свойства,плазмонные явления в таких ДЭС остаются в значительной степени неизученными.В работе исследовались гетероструктуры AlAs/AlGaAs с ширинами КЯ W = 4.0 - 7.0 нм и 15 нм [2].Образцы представляли собой стандартные Холловские мостики с ширинами L = 100 мкм вдольнаправления [110] и 20 мкм вдоль [100] и [010]. Магнетоплазменные возбуждения исследовалисьпосредством стандартной схемы двойного синхронного детектирования. В эксперименте измеряласьдобавка к продольному сопротивлению образца δR, обусловленная поглощением микроволновогоизлучения. Измерения показали, что, несмотря на близкие значения концентраций, происходит резкоеизменение положения резонансного магнитного поля, соответствующего возбуждению плазмона всистеме, что указывает на качественные изменения при переходе от КЯ с W=5.5 до 6.5 нм. Так какциклотронная масса mc сильно зависит от заполнения долин в ДЭС, из анализа данных экспериментовбыли получены следующие значения масс: mc (W = 5,5 нм) = (0,27 ± 0,01) m0 иmc (W = 6,5 нм) = (0,51 ± 0,01) m0. Для КЯ с W = 6.5 нм, масса практически равна значению 0.47 m0, чтосоответствует случаю заполнения внутриплоскостных анизотропных Xx — Xy долины. В свою очередь,для КЯ W = 5,5 нм, значение близко к значению mtr = 0,2 m0, что указывает на заполнение внеплоскостнойизотропной Xz долины. Полученный результат наглядно демонстрирует Г — Х переход в заполнении отанизотропных Xx — Xy долин к изотропной в плоскости КЯ Xz долине. Также в эксперименте наблюдаласьуникальная ситуация - суперпозицию двух резонансов для КЯ с W = 6.0 нм - один соответствуетэлектронам из долин Xx — Xy, а второй - долине Xz.Другой интересной особенностью являлось значительное увеличение циклотронной массыmc = 0,27 m0 при заполнении изотропной Xz долины по сравнению с известным в литературе значениемзонной массы mtr = 0,2 m0. Для исследования этого вопроса был проведен ряд дополнительных измерений.Была подробно измерена экспериментальная зависимость эффективной массы двумерных электронов отширины квантовой ямы W. Данные показали, что значение массы не зависит от ширины W, что исключаетвлияние AlGaAs барьера и электрон-электронного взаимодействия. Также было получено, что массапрактически не зависит от электронной плотности в системе, что исключает влияние непараболичностиспектра и эффекта запаздывания. Далее, чтобы доказать, что электроны в узких КЯ AlAs ширинойW < 6 нм заполняют только одну Xz долину и не происходит подмешивания с сильно анизотропнымивнутриплоскостными Xx — Xy долинами, была исследована изотропность Ферми контура. Для этого былиизмерены значения эффективных масс для Холловских мостиков, ориентированных вдоль основныхкристаллографических направлений [100], [010] и [110]. В результате экспериментально была проверенаизотропность Ферми контура Xz долины в плоскости КЯ.