Микроволновая спектроскопия ферромагнитного перехода двумерной сильнокоррелированной электронной системы в режиме Квантового эффекта Холла Текст научной статьи по специальности «Физика»

Микроволновая спектроскопия ферромагнитного перехода двумерной сильнокоррелированной электронной системы в режиме Квантового эффекта

Холла

Г.А.Николаев,1'2* А.Р.Хисамеева,1 С.А.Андреева,1'3 Я.В.Федотова,1 А.А.Дрёмин,1 А.В.

Щепетильников,1 И. В. Кукушкин1

1ИФТТРАН им. Ю.А. Осипьяна, 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика

Осипьяна, д.2

2Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), 141701, Московская обл., Долгопрудный, Институтский переулок, д.9

3Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», ул. Мясницкая, 20, Москва, 101000, Россия

*е-тт1: nikolaevgk@gmail.com

В работе изучается двумерная электронная система гетероперехода 2пО/М§2пО. Кулоновская энергия в этой системе в несколько раз превышает энергию Ферми, так что наблюдаются новые эффекты физики сильно коррелированных электронных систем. Основная методика нашей работы - ЭПР спектроскопия. Она доказала свою эффективность в изучении магнитного порядка основного состояния системы, поскольку возбуждение спинового резонанса основано на несбалансированной спиновой заселённости электронной системы. Эксперимент был проведён в криостате 3Не при температуре 0.5 К и в однородном магнитном поле до 15 Т. Спиновый резонанс индуцировался субтерагерцевым излучением и наблюдался в виде пика сопротивления при изменении магнитного поля [1]. Чтобы улучшить соотношение сигнал-шум, ЭПР детектировался методикой двойного синхронного усиления. Изучался образец 2пО/М§2пО с омическими индиевыми контактами в стандартной геометрии ван дер Пау. Ранее, уже изучался ферромагнитный переход в режиме Квантового эффекта Холла на факторе заполнения у=2 [2]. Фазовый переход индуцировался изменением угла наклона 0 двумерной электронной системы относительно направления магнитном поля. Угол 0 модулирует отношение энергии Зеемана и циклотронной энергии, так что при разных углах спиновое упорядочение разное. В работе [2] это приводило к значительному изменению амплитуды ЭПР в разных магнитных фазах, а также к уширению и расщеплению ЭПР на несколько пиков в непосредственной близости от пика магнетосопротивления при критическом угле.

Наша работа посвящена изучению ферромагнитного перехода основного состояния на нечётных факторах заполнения.

На Рис. 1 представлен основной результат - эволюция пиков ЭПР при изменении 0 на факторе у=3. Меняя частоту излучения и подстраивая магнитное поле, последовательно детектируется ЭПР и проходится весь фактор заполнения КЭХ. Разными цветами обозначены пики, возбуждаемые на разных резонансных частотах. Черная сплошная кривая соответствует продольному магнетосопротивлению, а именно участку вблизи фактора у=3 КЭХ. Как и в работе [2], наблюдается увеличение амплитуды ЭПР при переходе из магнитной фазы при 0 < 0с (Рис. 1 (с)) в магнитную фазу при 0 > 0с (Рис. 1 (а)). Однако в отличие от фактора заполнения у=2, где увеличение угла приводит к переходу системы из парамагнитного в ферромагнитное состояние, вблизи заполнения у=3 переход происходит между двумя ферромагнитными фазами с разной степенью спиновой поляризации. Вблизи пика магнетосопротивления, ассоциированного с ферромагнитным переходом на критическом угле 0 = 0с, пики ЭПР уширяются, а в области больших магнитных полей не наблюдаются вовсе (Рис. 1 (Ь)), что также свидетельствует об изменении спинового порядка основного состояния.

Литература

[1] D. Stein, K. v. Klitzing, and G. Weimann Phys. Rev. Lett. 51, 130 - Published 11 July 1983

[2] A. V. Shchepetilnikov, A.R. Khisameeva, Y.A. Nefyodov, et al. Jetp Lett. 113, 657-661 (2021).