Коллективные колебания двухцепочечной электронной системы в проводящем канале над жидким гелием

Abstract

Проведено моделирование низкоразмерной системы электронов над жидким гелием. Показано, что включение дополнительного потенциала в плоскости слоя зарядов приводит к сжиманию системы в направлении действия возникающей внешней силы. Такой потенциал появляется при экспериментальной реализации системы поверхностных электронов над профилированной подложкой, где он пропорционален прижимающему электрическому полю. Установлено, что при этом система, последовательно проходя через конфигурации из нескольких линейных цепочек, переходит от состояния двумерного электронного кристалла к зигзагообразному расположению зарядов, ранее предсказанному Чапликом. При дальнейшем увеличении прижимающего поля система перестраивается в одиночную линейную цепочку. Методом уравнений движения рассчитаны законы дисперсии коллективных плазменных колебаний зигзагообразной конфигурации электронов. Одна из продольных ветвей колебаний является акустической, вторая — оптической. Обе поперечные ветви колебаний — оптические. Проведено сравнение результатов с ранее полученными законами дисперсии для одиночной цепочки электронов. Показано, что законы дисперсии поперечных плазменных колебаний более устойчивы, чем поперечная ветвь колебаний одиночной цепочки. Исследовано влияние магнитного поля на спектр плазменных колебаний зигзагообразной конфигурации электронов.

Проведено моделювання низьковимірної системи електронів над рідким гелієм. Показано, що включення додаткового потенціалу в площині шару зарядів призводить до стискання системи у напрямку дії зовнішньої сили, що виникає. Такий потенціал з’являється при експериментальній реалізації системи поверхневих електронів над профільованою підкладкою, де він є пропорціональним притискуючому електричному полю. Установлено, що при цьому система, послідовно проходячи через конфігурації з декількох лінійних ланцюжків, переходить від стану двовимірного електронного кристала до зиґзаґоподібного розташування зарядів, раніше передвіщеного Чапликом. При подальшому збільшенні притискуючого поля система перебудовується в одиночний лінійний ланцюжок. Методом рівнянь руху розраховано закони дисперсії колективних плазмових коливань зиґзаґоподібної конфігурації електронів. Одна з поздовжніх гілок коливань є акустичної, друга — оптичною. Обидві поперечні гілки коливань — оптичні. Проведено порівняння результатів з раніше отриманими законами дисперсії для одиночного ланцюжка електронів. Показано, що закони дисперсії поперечних плазмових коливань більш стійкі, ніж поперечна гілка коливань одиночного ланцюжка. Досліджено вплив магнітного поля на спектр плазмових коливань зиґзаґоподібної конфігурації електронів.

The simulation is made of low-dimensional electron system over liquid helium. It is shown that the inclusion of additional potential, acting in the plane of charge sheet, leads to the compression of the system in the direction of the external force action. Such potential arises under experimental realization of surface electron system over profiled substrate where the potential is proportional to the holding electric field. It is found that the system, passing sequentially through the configurations of several linear chains, moves from the state of two-dimensional electron crystal to zigzag configuration previously predicted by Chaplik. With further increase of the holding field system is reconstructed into a single linear chain. The dispersion laws of collective plasma oscillations of electrons zigzag configuration are calculated by the method of the equations of motion. One of the longitudinal oscillation modes is acoustic, whereas other one is optical. Both transverse oscillation branches of oscillations are optical. A comparison is made of the results with dispersion laws for a single chain of electrons. It is shown that the dispersion laws of transverse plasma oscillations are more stable than the transverse branch of the oscillations of a single chain. The influence of magnetic field on the spectrum of plasma oscillations of electron zigzag configuration is studied.