Динамика спонтанного электрического поля в индуцированном микроволновым излучением “zero-resistance state” / Дорожкин С.И., Капустин А.А., Дмитриев И.А., Umansky V., Smet J.H.

Установлен механизм, приводящий к квазипериодическим переворотам спонтанногоэлектрического поля [1] в доменной структуре, реализующей индуцированное микроволновымизлучением состояние с малой диссипацией на постоянном токе, широко известное как “zeroresistance state”. Механизм состоит [2] в динамическом экранировании спонтанного электрическогополя доменов подвижными зарядами слоя селективноголегирования, обеспечивающего возникновениевысокоподвижной электронной системы в квантовой яме GaAs.Процесс состоит из следующих стадий. (1) Быстроевозникновение доменной структуры спонтанного электрическогополя, геометрия которой определяется геометрией образца и,вероятно, распределением высокочастотного электрическогополя в образце. При наличии центра инверсии в этихконфигурациях первоначальное спонтанное поле может иметьодно из двух противоположных направлений. (2) Болеемедленное смещение зарядов слоя легирования в спонтанномполе приводит к возникновению экранирующего поля,направленного противоположно спонтанному. (3) Принекотором значении экранирующего поля более устойчивойстановится ориентация спонтанного поля, противоположнаяпервоначальной, и в двумерной электронной системе происходитперераспределение заряда, сопровождающееся изменениемнаправления спонтанного электрического поля. В дальнейшемпроцессы (2) и (3) повторяются, приводя к автоколебаниям спонтанного электрического поля. Сигналмикроволновой фото-ЭДС при этом представляет собой серию почти прямоугольных импульсов,короткие фронты которых соответствуют смещению зарядов в высокоподвижной двумерной системе,а вершины – медленному динамическому экранированию возникшей конфигурации спонтанногоэлектрического поля. В результате частота переключений оказывается пропорциональнойпроводимости слоя легирования. В данной работе установлено, что (1) динамическая доменнаяструктура возникает только в образцах с проводящим слоем легирования и (2) температурныезависимости проводимости слоя легирования и частоты переключений спонтанного электрическогополя описываются термоактивационными законами с близкими значениями энергий активации (см.рис.), что согласуется с теоретическим ожиданием. Измерения средней частоты переключенийосуществлялись из анализа сигналов микроволновой фото-ЭДС, записанных на многоканальныйцифровой осциллограф. Величина проводимости слоя легирования определялась из частотнойзависимости импеданса трехэлектродного полевого транзистора, включающего в себя двумернуюэлектронную систему, проводящий слой легирования и металлический затвор на поверхностигетероструктуры.