Квантовая интерференция и спин-орбитальные эффекты в гетероструктуре с 2D дырочным газом в квантовой яме Si₀,₂Ge₀,₈

Abstract

Измерены магнитополевые зависимости сопротивления (до 110 кЭ) гетероструктуры Si₀,₇Ge₀,₃/Si₀,₂Ge₀,₈/Si₀,₇Ge₀,₃ с 2D дырочным газом в квантовой яме Si₀,₂Ge₀,₈ в интервале температур 0,335-10 К и при изменении токов от 100 нА до 50 мкA. В области сильных магнитных полей наблюдались осцилляции Шубникова-де-Гааза, а в области слабых полей при H ≤ 1 кЭ - положительное магнитосопротивление, переходящее при увеличении поля в отрицательное магнитосопротивление. Эта особенность объясняется эффектами слабой локализации 2D носителей заряда в условиях близости времени спин-орбитального рассеяния τso и времени неупругого рассеяния τφ и свидетельствует о расщеплении спиновых состояний под влиянием возмущающего потенциала, связанного с формированием двумерной потенциальной ямы (механизм Рашбы). Анализ эффектов слабой локализации дал значения характерных времен релаксации τφ = 7,2T⁻¹×10⁻¹² с, τso = 1,36·10⁻¹² с. Из последней характеристики для изученной гетероструктуры определена величина спинового расщепления Δ = 2,97 мэВ.

The magnetic-field dependence (up to 110 kOe) of the resistance of Si₀,₇Ge₀,₃/Si₀,₂Ge₀,₈/Si₀,₇Ge₀,₃ with a 2D hole gas in a Si₀,₂Ge₀,₈ quantum well is measured in the temperature range 0.335–10 K and in a range of variation of the currents from 100 nA to 50 μA. Shubnikov–de Haas oscillations are observed in the region of high magnetic fields, and in the low-field region H ≤ 1 kOe a positive magnetoresistance is observed which gives way to a negative magnetoresistance as the field is increased. This peculiarity is explained by effects of weak localization of the 2D charge carriers under conditions when the spin–orbit scattering time τ so is close to the inelastic scattering time τφ , and it is evidence of a splitting of the spin states under the influence of a perturbing potential due to the formation of a two-dimensional potential well (the Rashba mechanism). Analysis of the weak localization effects gave the values of the characteristic relaxation times as τφ = 7,2T⁻¹×10⁻¹² s and τso = 1,36·10⁻¹² s. From these characteristics of the heterostructure studied, a value of Δ=2.97 meV was obtained for the spin splitting.

Виміряно магнітопольові залежності опору (до 110 кЕ) гетероструктури Si₀,₇Ge₀,₃/Si₀,₂Ge₀,₈/Si₀,₇Ge₀,₃ з 2D дірковим газом у квантовій ямі Si₀,₂Ge₀,₈ у інтервалі температур 0,335-10 К та при зміненні струму від 100 нА до 50 мкА. В області сильних магнітних полів було спостережено осциляції Шубнікова де Гааза, а в області слабких полів при H ≤ 1 кE позитивний магнітоопір, який переходить при збільшенні поля у негативний магнітоопір. Ця особливість пояснюється ефектами слабкої локалізації 2D носіїв заряду в умовах близькості часу спін-орбітального розсіювання so та часу непружного розсіювання , та свідчить про розщеплення спінових станів під впливом збуджуючого потенціалу, який пов язаний з формуванням двовимірної потенціальної ями (механізм Рашби). Аналіз ефектів слабкої локалізації дав значення характерних часів релаксації τφ = 7,2T⁻¹×10⁻¹² с, τso = 1,36·10⁻¹² с. З останньої характеристики для вивченої гетероструктури визначено величину спінового розщеплення Δ = 2,97 меВ.