Особенности осцилляций Шубникова–де Гааза проводимости высокоподвижного двумерного дырочного газа в квантовой яме SiGe/Ge/SiGe

Abstract

Изучены осцилляции Шубникова–де Гааза в двумерном дырочном газе в квантовой яме из чистого германия в гетероструктуре SiGe/Ge/SiGe с концентрацией дырок p(H) 5,68·10¹¹ см² и подвижностью μ= 4,68·10⁴ см² ·В⁻¹·с⁻¹ в магнитных полях до 15 Тл при температуре от 40 мК до 4 К. Обнаруженное отклонение от известного соотношения, описывающего осцилляции про- водимости в эффекте Шубникова–де Гааза, объяснено дополнительным размытием уровней Ландау, связанным с существованием в плоскости двумерного газа неоднородного распределе- ния концентрации носителей заряда, и, соответственно, их энергии. Предполагается, что по- следнее связано с естественными вариациями ширины ямы на величину атомной ступеньки. Из температурного изменения амплитуды осцилляций определена эффективная масса дырок (m*- 0,112m₀), а из зависимости амплитуды от магнитного поля — квантовое время рассеяния и величина флуктуаций концентрации носителей.

Вивчено осциляції Шубнікова–де Гааза у двовимірному газі дірок у квантовій ямі з чистого германію в гетероструктурі SiGe/Ge/SiGe з концентрацією дірокp(H) 5,68·10¹¹ см² та їх рухомістю μ= 4,68·10⁴ см² ·В⁻¹·с⁻¹ у магнітних полях до 15 Тл при температурі від 40 мК до 4 К. Знайдене відхилення від відомого співвідношення, що описує осциляції провідності в ефекті Шубнікова–де Гааза, пояснюється додатковим розмиттям рівнів Ландау, яке пов’язано з існуванням у площині двовимірного газу неоднорідного розподілу концентрації носіїв заряду, та, відповідно, їх енергії. Ймовірно, що останнє пов’язано з природними варіаціями ширини ями на величину атомного уступу. З температурної зміни амплітуди осциляцій було визначено ефективну масу дірок (m*- 0,112m₀), а із залежності амплітуди від магнітного поля — квантовий час розсіювання та величину флуктуацій концентрації носіїв.

The Subnikov-de Haas oscillations have been investigated in a two-dimensional hole gas in pure germanium quantum well in SiGe/Ge/SiGe heterostructure with the hole concentration p(H) 5,68·10¹¹ см² and mobility μ= 4,68·10⁴ см² ·В⁻¹·с⁻¹ in magnetic fields up to 15 T and the temperature range from 40 mK to 4 K. The revealed deviation from known expression describing the Subnikov-de Haas-related conductivity oscillations is concerned with extra broadening of the Landau levels which is attributed from existence of inhomogeneous distribution of the carrier concentration in the two dimensional gas layer and, hence, their energy. It is assumed that extra broadening is due to the natural variation of well width equal of atomic jog. The effective hole mass (m*- 0,112m₀) was found from the temperature dependence of the oscillation amplitudes. The quantum scattering time and the fluctuations of the carrier concentration were estimated from the magnetic field dependence of the oscillation amplitudes.