Нелинейные явления в фонон-риплонных колебаниях в двумерном электронном кристалле над жидким гелием

Abstract

Исследованы характеристики спектров фонон-риплонных колебаний двумерного электронного кристалла над жидким гелием в интеpвале температур 70-500 мК, повеpхностных плотностей электронов (3-12)×10⁸ см⁻² и прижимающих электрических полей 500-2300 В/см. Эксперименты проведены в интеpвале частот 1-20 МГц. Показано, что при малом уровне возбуждающего сигнала характеристики спектров хорошо описываются самосогласованной теорией фонон-риплонных колебаний в кристалле. При увеличении возбуждающего сигнала происходит уменьшение частоты основных гармоник колебаний, что, повидимому, связано с нелинейностью в смещениях электронов в лунках на поверхности жидкого гелия. При дальнейшем увеличении возбуждающего сигнала начинается возбуждение новых мод фонон-риплонных колебаний в кристалле. Указанные моды являются либо предсказанными теоретически резонансами деления, возникающими при больших смещениях электронов, либо несимметричными модами, которые обусловлены связыванием колебаний различных мод за счет нелинейных эффектов, а также процессами пластической деформации.

The characteristics of the spectra of phonon–ripplon oscillations of a two-dimensional electron crystal over liquid helium are investigated at temperatures of 70–500 mK, electron surface densities of (3–12)×10⁸ cm⁻² , and clamping electric fields of 500–2300 V/cm. Experiments are done in a frequency range of 1–20 MHz. It is shown that at a low level of the exciting signal the characteristics of the spectra are well described by the self-consistent theory of phonon–ripplon oscillations in a crystal. As the exciting signal is increased there is a decrease in the frequencies of the fundamental harmonics of the oscillations, apparently because of a nonlinearity in the electron displacements in the depressions on the liquid helium surface. As the level of the exciting signal is increased further, new modes of phonon–ripplon oscillations begin to be excited in the crystal. These modes are either the theoretically predicted division resonances arising at large electron displacements or the asymmetric modes caused by the coupling of the oscillations of different modes owing to nonlinear effects and by plastic deformation processes.