О новых квантовых состояниях в режиме дробного квантового эффекта Холла

Abstract

Показано, что наблюдавшиеся экспериментально в режиме дробного квантового эффекта Холла (ДКЭХ) новые дробные значения фактора заполнения 4/11, 4/13, 5/13, 5/17, 6/17, 3/8 и 3/10 (а также дополнительные дроби 5/8 и 7/11), которые не удовлетворяют стандартной модели композитных фермионов (КФ), могут быть описаны в рамках расширенной систематики квантовых состояний ДКЭХ, основанной на предположении Гальперина о сосуществовании свободных электронов и связанных электронных пар в двумерных (2D) системах в термодинамическом пределе. Возможность существования связанных триплетных «куперовских » пар в полностью поляризованном состоянии на нижайшем спиновом уровне Ландау может быть обусловлена электрон-фононным взаимодействием 2D электронов с 2D поверхностными акустическими и оптическими фононами, локализованными вблизи интерфейса в полупроводниковых гетероструктурах. Предлагаемая расширенная систематика включает в себя, как частные случаи, модель Лафлина, ранние иерархические модели ДКЭХ и модель КФ c некоторыми ее обобщениями и позволяет описать абсолютно все наблюдаемые дробные значения , включая дроби с четными знаменателями (в частности, 3/8 и 3/10), а также предсказать возможность существования новых «экзотических» дробей (например, 5/14, 5/16, 3/20).

Показано, що нові дробові значення фактора заповнення 4/11, 4/13, 5/13, 5/17, 6/17, 3/8 та 3/10 (а також додаткові дроби 5/8 та 7/11), що спостерігались експериментально в режимі дробового квантового ефекту Холла (ДКЕХ), які не задовольняють стандартн ій моделі композитних ферміонів (КФ), можуть бути описані в рамках розширеної систематики квантових станів ДКЕХ, яка базується на припущенні Гальперіна про співіснування вільних електронів та зв’язаних електронних пар у двовимірних (2D) системах у термодинам ічній границі. Можливість існування зв’язаних триплетних «куперівських» пар в повністю поляризованому стані на найнижчому спіновому рівні Ландау може бути обумовлена електрон- фононною взаємодією 2D електронів з 2D поверхневими акустичними та оптичними фононами, що локалізовані поблизу інтерфейса у напівпровідникових гетероструктурах. Запропонована розширена систематика включає в себе, як окремі випадки, модель Лафліна, попередні ієрархічні моделі ДКЕХ і модель КФ з деякими її узагальненями і дозволяє описати абсолютно усі дробові значення , що спостерігаються, включаючи дроби з парними знаменниками (зокрема, 3/8 та 3/10), а також передбачає можливість існування нових «екзотичних» дробів (наприклад, 5/14, 5/16, 3/20).

It is shown that the new fractional values of the filling factor v = 4/11, 4/13, 5/13, 5/17, 6/17, 3/8, 3/10 (as well as the additional fractions 5/8 and 7/11) observed in the regime of fractional quantum Hall effect (FQHE), and not described by the standard model of composite fermions (CF) may be accounted for in the framework of an extended classification of quantum states of the FQHE. This new classification is based on the Halperin original idea on the coexistence of free electrons and coupled electron pairs in two-dimensional (2D) systems in the thermodynamic limit. The possibility of the existence of the coupled triplet Cooper pairs in the fully polarized state on the lowest Landau spin level arises from the electron-phonon interaction of 2D electrons with 2D surface acoustic and optical phonons, localized near the interface in the semiconducting heterostructures. The proposed extended classification includes, as individual cases, the Laughlin model, the early hierarchic models of the FQHE and the CF model with some of its generalizations, and describes absolutely all observed fractional values of v, including the fractions with even denominators (in particular, v = 3/8 and 3/10). It also predicts the possibility of the existence of new «exotic» fractional values (for example, v = 5/14, 5/16, 3/20).