We report on beating appearance in Shubnikov–de Haas oscillations in conduction band of 18–22 nm HgTe
quantum wells under applied top-gate voltage. Analysis of the beatings reveals two electron concentrations at the
Fermi level arising due to Rashba-like spin splitting of the first conduction subband H₁. The difference ΔNs in
two concentrations as a function of the gate voltage is qualitatively explained by a proposed toy electrostatic
model involving the surface states localized at quantum well interfaces. Experimental values of ΔNs are also in a
good quantitative agreement with self-consistent calculations of Poisson and Schrödinger equations with eightband k p⋅ Hamiltonian. Our results clearly demonstrate that the large spin splitting of the first conduction
subband is caused by surface nature of H₁ states hybridized with the heavy-hole band.
Виявлено появу биття в осциляціях Шубнікова–де Гааза в
зоні провідності HgTe квантової ями завтовшки 18–22 нм
при прикладенні верхньої затворної напруги. Аналіз биття
вказує на два типи електронів з різними концентраціями на
рівні Фермі, що виникають внаслідок рашба-подібного спінового розщеплення першої підзони провідності H₁. Різниця
двох концентрацій ΔNs як функція затворної напруги якісно
пояснюється запропонованою спрощеною електростатичною
моделлю поверхневих станів, локалізованих на гетерограниці
квантових ям. Експериментальні значення ΔNs також знаходяться в хорошій кількісній згоді з самоузгодженими розрахунками рівнянь Пуассона та Шредінгера для восьмизонного
k · p гамільтоніана. Отримані результати наочно демонструють, що велике спінове розщеплення першої підзони провідності обумовлено поверхневою природою станів H₁, гібридизованих із зоною важких дірок.
Обнаружено появление биений в осцилляциях Шубникова–де Гааза в зоне проводимости HgTe квантовой ямы толщиной 18–22 нм при приложении верхнего затворного напряжения. Анализ биений указывает на два типа электронов
с различными концентрациями на уровне Ферми, возникающих вследствие рашба-подобного спинового расщепления
первой подзоны проводимости H₁. Разность двух концентраций ΔNs как функция затворного напряжения качественно
объясняется предложенной упрощенной электростатической
моделью поверхностных состояний, локализованных на гетерограницах квантовых ям. Экспериментальные значения
ΔNs также находятся в хорошем количественном согласии с
самосогласованными расчетами уравнений Пуассона и Шредингера для восьмизонного k · p гамильтониана. Полученные
результаты наглядно демонстрируют, что большое спиновое
расщепление первой подзоны проводимости обусловлено
поверхностной природой состояний H₁, гибридизованных с
зоной тяжелых дырок
