Исследование спин-орбитального взаимодействия в гетеропереходах ZnO/MgZnO посредством спектроскопии спинового резонанса Текст научной статьи по специальности «Физика»

Исследование спин-орбитального взаимодействия в гетеропереходах ZnO/MgZnO посредством спектроскопии спинового резонанса

А.Р.Хисамеева,* А.В.Щепетильников, А.А.Дремин, И.В.Кукушкин

ИФТТРАН им. Ю.А. Осипьяна, 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика

Осипьяна, д.2

*e-mail: akhisameeva@issp. ac. ru

Взаимодействие между спиновой степенью свободы и орбитальным движением электрона играет ключевую роль в современной спиновой физике конденсированного состояния. Действительно, оно лежит в основе целого ряда нетривиальных фундаментальных явлений, таких как спиновый и аномальный эффекты Холла, топологические изоляторы, фермионы Майорана. С прикладной точки зрения, взаимодействие такого типа определяет релаксацию неравновесной спиновой поляризации и может быть использовано для управления спиновыми состояниями носителя заряда. Таким образом, изучение спин-орбитального взаимодействия в различных материальных системах является крайне важной научной задачей, на решение которой направлено большое количество как теоретических, так и экспериментальных исследований.

В настоящей работе было проведено подробное исследование спин-орбитального взаимодействия в серии содержащих двумерную электронную систему гетеропереходов ZnO/MgZnO со структурой вюрцита [1]. Константы спин-орбитального взаимодействия определялись из анализа обусловленной спин-орбитальным взаимодействием модификации одночастичного g-фактора в режиме квантового эффекта Холла. Данный подход был успешно применен нами ранее для квантовых ям AlAs [2] и гетеропереходов GaN/AlGaN [3]. Величина g-фактора при этом с высокой точностью измерялась посредством методики электронного спинового резонанса в широких диапазонах магнитных полей и частот электромагнитного излучения. Константы спин-орбитального взаимодействия были определены для серии образцов с различной концентрацией Mg, что позволило получить зависимость константы спин-орбитального взаимодействия от двумерной плотности электронов n. Измеренная величина константы лежала в диапазоне 0.5 - 0.8 мэВхА и достаточно слабо зависела от концентрации n. Аппроксимация экспериментальных данных позволила определить коэффициенты ао = 0.5 мэВхА и у = 0.12 мэВхА3 , задающие линейный и кубический по волновому вектору вклады в спин-орбитальное взаимодействие, соответственно. Эти значения были соотнесены с результатами, полученными другими научными группами.

Литература

[1] А. Р. Хисамеева, А. В. Щепетильников, А. А. Дремин, И. В. Кукушкин, Письма в ЖЭТФ том 117 вып. 19, с. 689-694 (2023).

[2] A. V. Shchepetilnikov, A. R. Khisameeva, Yu. A. Nefyodov, I. V. Kukushkin, L. Tiemann, C. Reichl, W. Dietsche, and W. Wegscheider, Phys. E (Amsterdam, Neth.) 124, 114278 (2020).

[3] A. V. Shchepetilnikov, A. R. Khisameeva, V. V. Solovyev, A. Großer, T. Mikolajick, S. Schmult, and I. V. Kukushkin, Phys. Rev. Appl. 18, 024037 (2022).