Квантовый эффект Холла в трехмерном топологическом изоляторе на основе HgTe / Козлов Д.А., Квон З.Д., Михайлов Н.Н., Дворецкий С.А., Ziegler J.3, Weiss D.

Целочисленный квантовый эффект Холла (КЭХ) является одним из наиболее ярких явленийфизики двухмерных систем. В сильных магнитных полях и при низких температурах достаточнооднородные системы демонстрируют универсальное поведение, а характерные магнитные поля итемпературы, при которых начинают формироваться плато, являются уникальным отпечаткомисследуемой системы. Несмотря на десятилетия экспериментальных и теоретических исследованийпо этому вопросу, до сих пор не существует универсальной модели, описывающей переход отклассического к квантовому режиму проводимости. Ситуация становится еще более запутанной вусловиях сосуществования нескольких групп носителей, например, двух подзон в широкихквантовых ямах, или объемных и поверхностных носителей в трехмерных топологическихизоляторах (3Д ТИ).Данная работа посвящена экспериментальному изучению вопроса формирования КЭХ в 3Д ТИна основе напряженной пленки HgTe толщиной 80 нм. Особенность этой системы, по сравнению сдругими 3Д ТИ, состоит в ее высоком качестве и относительно невысокой величиной объемной щели(15мэВ). Как следствие, с помощью затворного напряжения уровень Ферми можно помещать как вщель, так и в объемные зоны, поэтому поверхностные электроны могут сосуществовать с объемнымиэлектронами или дырками. Объемные носители характеризуются большими, по сравнению споверхностными, эффективными массами, меньшими подвижностями и двукратным спиновымвырождением. Как следствие, формируемые этими носителями уровни Ландау разрешаются вбольшем магнитном поле, а наблюдаемые осцилляции полной проводимости и их переход в режимКЭХ обладают рядом нестандартных особенностей. Представлена зависимость второйпроизводной dxx(Vg,B)/dVg2 от магнитного поля и затворного напряжения. Отчетливо наблюдается сложнаякартина из нескольких вееровуровней Ландау, и в общем случаеих описание теоретическоймоделью не представляетсявозможным. Однако, полныйдиапазон можно условно разделитьна несколько областей, указанныхцифрами, в которых поведениеуровней Ландау и наблюдаемыхзависимостей xx и xy можноописать упрощенными моделями. Вчастности, в областях 3-5наблюдаемый узор описываетсясуммарной проводимостью отнескольких групп носителей, вусловиях, когда разрешенными оказываются уровни Ландау лишь от одной из этих групп.