Квантование магнитного момента в наносандвичах CdBxF₂₋x/p-CdF₂₋QW/CdBxF₂₋x

Abstract

Туннельные вольт-амперные характеристики (ВАХ), температурные и полевые зависимости теплоемкости и статической магнитной восприимчивости планарных сандвич-структур CdBxF₂₋x/p-CdF₂₋QW/CdBxF₂₋x, полученных на поверхности кристалла n-CdF₂, исследуются с целью идентификации сверхпроводящих свойств δ-барьеров CdBxF₂₋x, ограничивающих сверхузкую квантовую яму CdF₂ p-типа проводимости. Сравнительный анализ токовых ВАХ и ВАХ проводимости ниже и выше критической температуры сверхпроводящего перехода соответственно свидетельствует о взаимосвязанности квантования сверхтока и размерного квантования дырок в квантовой яме p-CdF₂. Измерения полевых и температурных зависимостей статической магнитной восприимчивости данных сандвич-структур демонстрируют осцилляции де Гааза–ван Альфена (дГвА) при высоких температурах и слабых магнитных полях. Температурные зависимости амплитуд осцилляций дГвА идентифицируют малое значение эффективной массы двумерных дырок, в результате чего условие сильного поля μB >> 1 достигается при высоких температурах. Впервые зарегистрировано периодическое изменение частоты осцилляций дГвА, сопровождаемое диамагнитным откликом с ростом температуры, которое проявляет синхронные температурные осцилляции плотности и эффективной массы двумерных дырок вследствие мезоскопических свойств δ-барьеров. Полученные результаты объяснены в рамках формирования квантовых состояний бозеконденсата, которое является следствием дискретного изменения длины когерентности куперовских пар дырок в условиях фрактальной структуры сверхпроводящих δ-барьеров.

Тунельні вольт-амперні характеристики (ВАХ), температурні і польові залежності теплоємності та статичної магнітної сприйнятливості планарних сандвіч-структур CdBxF₂₋x/p-CdF₂₋QW/CdBxF₂₋x, які отримано на поверхні кристала n-CdF₂, досліджуються з метою ідентифікації надпровідних властивостей δ-бар’єрів CdBxF₂₋x, що обмежують надвузьку квантову яму CdF₂ p-типу провідності. Порівняльний аналіз струмових ВАХ та ВАХ провідності нижче і вище за критичну температуру надпровідного переходу відповідно свідчить про взаємозв'язаність квантування надструму та розмірного квантування дірок в квантовій ямі CdF₂. Виміри польових і температурних залежностей статичної магнітної сприйнятливості даних сандвіч-структур демонструють осциляції де Гааза-ван Альфена (дГвА) при високих температурах і слабких магнітних полях. Температурні залежності амплітуд осциляцій дГвА ідентифікують мале значення ефективної маси двовимірних дірок, в результаті чого умова сильного поля μB >> 1 досягається при високих температурах. Уперше зареєстровано періодичну зміну частоти осциляцій дГвА, що супроводжується діамагнитним відгуком із зростанням температури, яке проявляє синхронні температурні осциляції щільності та ефективної маси двовимірних дірок внаслідок мезоскопічних властивостей δ-бар’єрів. Отримані результати пояснено у рамках формування квантових станів бозе-конденсата, яке є наслідком дискретної зміни довжини когерентності куперівських пар дірок в умовах фрактальної структури надпровідних δ-бар’єрів.

Tunneling CV characteristics, temperature and magnetic field dependences of magnetic susceptibility and specific heat of the CdBxF₂₋x/p-CdF₂₋QW/CdBxF₂₋x planar sandwich structures prepared on the surface of the n-type CdF₂ crystal are studied to identify the superconducting properties for the CdBxF₂₋x δ-barriers confining the ultranarrow p-type CdF₂ quantum well. The comparative analysis of the CV characteristics and the conductance-voltage dependences measured respectively at temperature values below and above the critical superconducting point is evidence of the interplay between supercurrent quantization and low-dimensional quantization of 2D holes in the ultranarrow p-type CdF₂ quantum well. The temperature- and field-dependent static magnetic susceptibility demonstrates high temperature de Haas– van Alphen oscillations in the sandwich-structure CdBxF₂₋x/p-CdF₂₋–QW/CdBxF₂₋x, which are measured in weak magnetic fields. The temperature dependences of the de Haas–van Alphen oscillations identifies a small effective mass value of 2D holes that provides a strong field assumption, µB >> 1, under high temperature conditions. It was for the first time that periodic frequency changes and diamagnetic responses of the de Haas–van Alphen oscillations were registered, with increasing temperature, which revealed the synchronious temperature oscillations of sheet density and effective mass of 2D holes as a result of the mesoscopic properties for the δ-barriers. The results obtained are analyzed in the framework of the quantum states of the Bose condensate that are due to the discrete change of the Cooper pair coherence length when the superconducting δ-barriers exhibit a fractal structure.