Корреляционная и обменная энергия сильнокоррелированной двумерной электронной системы в ультраквантовом пределе Текст научной статьи по специальности «Физика»

Корреляционная и обменная энергия сильнокоррелированной двумерной электронной системы в ультраквантовом пределе

А.С.Кореев,1 А-Б.Ваньков,1'2 П-С.Бережной,1'2 И.В.Кукушкин1,2

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

Осипьяна, д.2 2НИУ ВШЭ, 101000, Москва, ул. Мясницкая, 20

Структура экзотической двумерной электронной системы (ДЭС) в режиме квантового эффекта Холла (КЭХ) зависит не только от ее уникальной топологии, но также от сочетания различных энергетических параметров. Пространственное упорядочение определяется значением корреляционной энергии, в то время как спиновые конфигурации - обменной энергией. В ультраквантовом пределе свойства состояний дробного квантового эффекта Холла (ДКЭХ) v<1 определяются, прежде всего, величиной корреляционной щели. Её величина может проявляться во внутреуровневой волне зарядовой плотности (CDW) и в комбинированных с ней возбуждениях.

Для эффективного зондирования энергии хорошо подходят методы оптической спектроскопии [1,2]. В данной работе энергетические параметры были исследованы путём измерения дисперсии коллективных возбуждений. Низкотемпературные эксперименты по неупругому рассеянию света (НРС) проводились на гетероструктуре MgZnO/ZnO с концентрацией электронов в двумерном канале равной 1.15*10-11 cm-2.

В результате были исследованы энергии и дисперсии двух возбуждений - спинового

(SR) (рис. 1). Энергия второй линии отличается от одночастичной зеемановской и имеет величину, сопоставимую с корреляционной энергией CDW. Экспериментально было показано, что оно является комбинированным возбуждением спиновой плотности.

Измерение обменного дисперсионного вклада в энергию спиновых экситонов помогло установить зависимость спиновой конфигурации ДЭС от фактора заполнения в ультраквантовом пределе. В частности, состояние v=1/3 имеет ожидаемый ферромагнитный порядок, а состояние v=2/3 напротив - не обладает ферромагнитной спиновой жесткостью. Это указывает на нарушение электрон-дырочной симметрии из-за сильного смешивания уровней Ландау.

Литература

[1] A. Pinczuk, B. S. Dennis, L. N. Pfeiffer, and K. West, Phys. Rev. Lett. 70, 3983 (1993).

[2] A. B. Van'kov and I. V. Kukushkin, Phys. Rev. B. 102, 235424 (2020).

экситона (SE) и новой рамановской линии

Рис.1. Спектры мод SE и SR при v=1/3. На вставке схематические диаграммы простейших возбуждений.