Осцилляции Шубникова–де Гааза в магнитосопротивлении слоистых проводников вблизи топологического перехода Лифшица

Abstract

Исследована зависимость сопротивления слоистых проводников с квазидвумерным энергетическим спектром носителей заряда от величины и ориентации квантующего магнитного поля. Рассмотрен случай органического проводника с многолистной поверхностью Ферми, состоящей из слабогофрированного цилиндра и примыкающих к нему двух планарных листов. С помощью внешнего воздействия на провод-ник в виде давления либо допирования примесными атомами можно уменьшить расстояние между цилиндром и планарными листами поверхности Ферми (ПФ) настолько, что под действием магнитного пробоя электроны проводимости начнут блуждать по ним, туннелируя с одного листа (полости) ПФ на другой. Если за время свободного пробега электрон проводимости успевает несколько раз посетить все листы ПФ, то его движение в плоскости, ортогональной магнитному полю, становится финитным. При этом возникают осцилляции Шубникова–де Гааза, период которых определяется замкнутой площадью, описываемой электроном при своем движении в магнитном поле по магнитопробойной траектории в импульсном пространстве. Однако даже при небольшом отклонении поля от нормали к слоям на угол ϑ эта равноудаленность нарушается, и при некоторых значениях угла ϑk вероятность магнитного пробоя на один из планарных листов ПФ может быть настолько мала, что электрон не может замкнуть магнитопробойную траекторию, а его движение по другому планарному листу с посещением цилиндрической части ПФ становится инфинитным. При этом магнитопробойные квантовые осцилляции намагниченности и всех кинетических характеристик проводника исчезают. Их исчезновение периодически повторяется с изменением угла наклона магнитного поля к слоям как функция tg ϑ. Обсуждаются возможности экспериментального обнаружения и исследования влияния магнитного пробоя на квантовые осцилляционные эффекты.

Досліджено залежність опору шаруватих провідників з квазідвувимірним енергетичним спектром носіїв заряду від величини та орієнтації квантів магнітного поля. Розглянуто випадок органічного провідника з багатолистовою поверхнею Фермі, що складається з слабогофрірованого циліндра та двох планарних листів, які примикають до нього. За допомогою зовнішнього впливу на провідник у вигляді тиску або допування домішковими атомами можна зменшити відстань між циліндром та планарнимі листами поверхні Фермі (ПФ) настільки, що під дією магнітного пробою електрони провідності почнуть блукати по ним, тунелюючи з одного листа (порожнини) ПФ на інший. Якщо за час вільного пробігу електрон провідності встигає кілька разів відвідати всі листи ПФ, то його рух в площині, яка ортогональна магнітному полю, стає фінітним. При цьому виникають осциляції Шубнікова–де Гааза, період яких визначається замкнутою площею, яку описує електрон при своєму русі у магнітному полі по магнітопробойній траєкторії в імпульсному просторі. Однак навіть при невеликому відхиленні поля від нормалі до шарів на кут ϑ ця рівновіддаленість порушується, і при деяких значеннях кута ϑk ймовірність магнітного пробою на один з планарних листів ПФ може бути настільки мала, що електрон не може замкнути магнітопробойну траєкторію, а його рух по іншому планарному листу з відвідуванням циліндричної частини ПФ стає інфінітним. При цьому магнітопробойні квантові осциляції намагніченості та всіх кінетичних характеристик провідника зникають. Їх зникнення періодично повторюється зі зміною кута нахилу магнітного поля до шарів як функція tg ϑ. Обговорюються можливості експериментального виявлення та дослідження впливу магнітного пробою на квантові осциляційні ефекти.

The dependence of the resistance of a layered conductor with a quasi-two-dimensional charge carrier energy spectrum on the strength and orientation of a quantizing magnetic field is studied. The case of an organic conductor with a multisheet Fermi surface consisting of a weakly warped cylinder and two adjoining planar sheets is considered. By applying an external pressure to the conductor or doping it with impurity atoms one can reduce the gap between the cylinder and the planar sheets of the Fermi surface (FS) so that electrons start wandering on the FS, tunneling between its different parts due to magnetic breakdown. If an electron can pass through all the different sheets of the FS several times during the mean free time, its motion in the plane orthogonal to the magnetic field becomes finite. This leads to Shubnikov–de Haas oscillations with a period determined by the area enclosed by the closed breakdown orbit of an electron in momentum space. However, even at a slight tilting of the field from the normal to the layers by an angle ϑ the equidistance is broken and at certain angles ϑk the probability of the magnetic breakdown to one of the planar FS sheets may become so low that the electron cannot complete the magneticbreakdown orbit and its motion over the other planar sheet and the cylindrical part of the FS becomes infinite. As a result, the magnetic-breakdown quantum oscillations of magnetization and all kinetic properties vanish. This vanishing repeats periodically as a function of tanϑ with changing the tilt angle. Possibilities for experimental observation and investigation of the influence of magnetic breakdown on quantum oscillation phenomena are discussed.