Люминесценция двумерного электронного газа низкой плотности: Вигнеровский кристалл или экситон Махана?
Creators: name: Бисти, В.Е.
Publisher: name: Институт физики твердого тела РАН
Year: 2020

description: Люминесценция двумерного электронного газа низкой плотности: Вигнеровский кристалл или экситон Махана В.Е.Бисти ИФТТ РАН, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, д.2 e-mail: bistiissp.ac.ru Экспериментальное изучение сильно коррелированных двумерных систем интенсивно развивается, появляются новые объекты и методы исследования. Так, в работе 1 для изучения эффектов перенормировки энергии не только на уровне Ферми, но и во всей области спектра двумерных электронов использовался метод анализа спектров излучательной рекомбинации электронов. Изучались спектры низкотемпературной люминесценции двумерного электронного газа в гетеропереходе MgZnO/ZnO, в которых 2D электроны рекомбинируют с локализованными фотовозбужденными дырками валентной зоны. В магнитном поле отчетливо видны линии люминесценции для отдельных уровней Ландау, что позволяет утверждать существование квазидырок как хорошо определенных квазичастиц для всех значений энергии. При промежуточных значениях параметра rs многочастичная задача не имеет корректного теоретического описания как для основного состояния, так и для возбуждений. Основное состояние двумерной электронной системы в зависимости от rs может быть электронным газом, электронной Ферми-жидкостью или Вигнеровским кристаллом. При учете примесей значение rs перехода жидкость-кристалл сдвигается до более реалистичного значения rs7 2. Как впервые было предложено в работе 3, при низких температурах вакансии в кристалле вследствие туннелирования делокализованы и могут рассматриваться как квазичастицы с квазиимпудьсом k вакансионы. Поэтому возможно рассмотреть систему двумерных электронов низкой плотности как Вигнеровский кристалл, образующий треугольную решетку, а энергию вакансиона использовать в приближении сильной связи. Анализ формы полосы люминесценции для гетероперехода MgZnO/ZnO позволяет интерпретировать образующуюся в процессе квазидырку как вакансион. Однако возможно и другое объяснение, предлагаемое авторами 1. При низкой электронной плотности и температуре электронного газа в люминесценции существует особенность увеличение интенсивности вблизи энергии Ферми, придающее определенную форму полосе люминесценции. Эта особенность возникает вследствие Кулоновского взаимодействия и называется экситон Махана 4,5. По форме полосы однозначного утверждения сделать не удается, однако в эксперименте 1 отмечается необычная трансформация спектра в магнитном поле веер уровней Ландау выглядит инвертированным . Расчет, проведенный в квазиклассическом приближении, показывает, что картина уровней Ландау вакансионов выглядит зеркальной (инвертируется), в зависимости от ферромагнитного или антиферромагнитного состояния Вигнеровского кристалла. Литература 1 V.V. Solovyev and I.V. Kukushkin, Phys. Rev. B 96, 115131 (2017). 2 S.T. Chui and B. Tanatar, Phys. Rev. B 74, 458 (1995). 3 А.Ф. Андреев, И.М. Лифшиц. ЖЭТФ 56, 2057 (1969). 4 G.D. Mahan, Phys. Rev. 153, 882 (1967). 5 S. Schmitt-Rink, C. Ell and H. Haug, Phys. Rev. B 33, 882 (1986).