Пьезоэлектрический механизм ориентации двухслойного вигнеровского кристалла в матрице GaAs

Abstract

Рассмотрен механизм ориентации двухслойных

классических вигнеровских кристаллов в пьезоэлектрической среде. Для системы GaAs рассчитана поправка к электростатическому взаимодействию

между электронами, определяемая пьезоэлектрическим эффектом. Показано, что учет такой поправки приводит к зависимости полной энергии

электронного кристалла от его ориентации относительно кристаллографических осей матрицы окружения. Получено обобщение метода Эвальда для

расчета анизотропного взаимодействия между электронами в вигнеровском кристалле. С использованием этого метода рассчитана энергия

двухслойных вигнеровских кристаллов в электронных слоях, параллельных кристаллографическим плоскостям (001), (0-11), (111), в зависимости

от их ориентации и расстояния между слоями и найдена наиболее энергетически выгодная ориентация для всех типов электронных решеток в

двухслойной системе. Показано, что в двухслойном вигнеровском кристалле фазовые переходы между структурами с различной симметрией решетки

могут сопровождаться изменением его ориентации.

A mechanism for orientation of bilayer classical Wigner crystals in a piezoelectric medium

is considered. For the GaAs system the piezoelectric correction to the electrostatic interaction between electrons is calculated. It is

shown that taking into account the correction due to the piezoelectric effect leads to a dependence of the total energy of the electron

crystal on its orientation with respect to the crystallographic axes of the surrounding matrix. A generalization of Ewald’s method is

obtained for calculating the anisotropic interaction between electrons in a Wigner crystal. The method is used to calculate the energy of

bilayer Wigner crystals in electron layers parallel to the crystallographic planes (001), (0–11), and (111) as a function of their

orientation and the distance between layers, and the energetically most favorable orientation for all types of electron lattices in a

bilayer system is found. It is shown that phase transitions between structures with different lattice symmetry in a Wigner crystal can be

accompanied by a change of its orientation.