Электронные свойства низкоразмерных систем и наноструктур

Предметом исследования являются электронные свойства низкоразмерных систем и наноструктур. Проведенная работа состоит из двух частей – теоретической и экспериментальной. Ключевые научные результаты, полученные в рамках проекта, можно сформулировать следующим образом. В теоретической части работы: 1. Построена теория диффузионных транспортных явлений в дираковских двумерных материалах, аналогичных долинному эффекту Холла и долинному фотогальваническому эффекту, в случае, когда обобщённой силой является градиента концентрации. Показано, что оба эффекта имеют долинный характер и чувствительны к поляризации электромагнитного излучения, заселяющего долины. 2. Построена теория тензорезистивного (пьезорезистивного) эффекта в двумерных мономолекулярных материалах на основе дихалькогенидов переходных металлов. 3. Найдены точные аналитические выражения для спектра и волновых функций электронов в монослое дихалькогенидов переходных металлов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Рассчитана зависимость интенсивности межзонных переходов от электрического поля. В экспериментальной части работы: 1. Впервые исследовано влияние подсветки на высокоподвижный двумерный электронный газ с высокой концентрацией в селективно-легированных одиночных GaAs-квантовых ямах с короткопериодными AlAs/GaAs-сверхрешеточными барьерами при температуре T = 4.2K в магнитных полях B < 2 Тл. Показано, что в изучаемых гетероструктурах подсветка при низких температурах приводит к увеличению концентрации, подвижности и квантового времени жизни электронов. Увеличение квантового времени жизни после подсветки в одиночных GaAs-квантовых ямах с модулированным сверхрешеточным легированием объясняется уменьшением эффективной концентрации удаленных ионизированных доноров. 2. Проведено масштабное экспериментальное исследование фотопроводимости и фототока в сверхизолирующих плёнках NbTiN. Обнаружено, что при увеличении интенсивности света видимого спектра сначала наблюдается подавление порогового напряжения сверхизолятора и возникновение перехода, аналогичного температурному переходу Березинского-Костерлица-Таулесса. При дальнейшем увеличении интенсивности видимого света появляется измеримая фотороводимость и, более того, происходит разрушение изолирующего состояния и переход в металлоподобное состояние. При отсутствии приложенного к плёнке напряжения под воздействием света наблюдается фототок, величина которого увеличивается с ростом интенсивности, достигает максимума и резко уменьшается, становясь отрицательным. Отрицательный фототок возникает при интенсивности, соответствующей металлоподобному состоянию плёнки. При увеличении температуры свыше температуры перехода в изолирующее состояние фототок и фотопроводимость исчезают. Данные наблюдения позволяют утверждать, что фототок и фотопроводимость связаны с разрушением куперовских пар под воздействием света видимого спектра. Отметим, что свет инфракрасного спектра (более 2000 нм) не вызывает ни фототок, ни фотопроводимость. Таким образом, характерная энергия для разрушения куперовских пар не превышает 0.6 эВ. 3. В сильно разбалансированном (концентрация электронов на два порядка меньше концентрации дырок) и разупорядоченном двумерном полуметалле в квантовой яме на основе HgTe обнаружены мезоскопические флуктуации кондактанса в режиме слабой локализации. Эти флуктуации существуют в образцах макроскопических (характерный размер превышает 100 мкм) размеров и характеризуются аномальным поведением в зависимости от затворного напряжения и магнитного поля. Установлено, что подобные флуктуации отсутствуют в электронном металле, а их возникновение критическим образом зависит от степени беспорядка. Приведенные факты позволяет предположить, что обнаруженные флуктуации свидетельствуют о формировании коллективного состояния, в котором проводимость осуществляется квадратной сеткой электронных сопротивлений, возникающей в результате взаимодействия электронов с флуктуационным потенциалом примесей, экранированного тяжелыми дырками.