Эффекты слабой локализации и взаимодействия носителей заряда в двумерном дырочном газе в германиевой квантовой яме в гетероструктуре SiGe/Ge/SiGe

Abstract

Изучены эффекты слабой локализации и взаимодействия носителей заряда в двумерном дырочном газе в квантовой яме из чистого германия в гетероструктуре SiGe/Ge/SiGe с концентрацией дырок 5,68⋅10¹¹ см⁻² и их подвижностью 4,68⋅10⁴см²⋅В⁻¹⋅ с⁻¹ . Измерения сопротивления проведены при температурах от 46 мК до 10 К в магнитных полях до 15 Тл. Магнитополевые зависимости сопротивления демонстрируют осцилляции Шубникова–де Гааза и ступеньки квантового эффекта Холла. В области очень слабых магнитных полей (B < 01, Тл) выявлен эффект слабой локализации дырок, который определяет отрицательное магнитосопротивление и рост сопротивления с понижением температуры (при T < 2 К). Проявление эффекта взаимодействия обнаружено и проанализировано в широкой области температур и магнитных полей. При повышении температуры происходит переход от диффузионного режима проявления квантовой поправки взаимодействия к промежуточному и далее к баллистическому режиму. Во всех областях поведение квантовой поправки взаимодействия хорошо соответствует современным теоретическим предсказаниям.

Вивчено ефекти слабкої локалізації та взаємодії носіїв заряду в двовимірному газі дірок у квантовій ямі з чистого германію в гетероструктурі SiGe/Ge/SiGe з концентрацією дірок 5,68⋅10¹¹ см⁻² і їх рухомістю 4,68⋅10⁴см²⋅В⁻¹⋅ с⁻¹. Вимірювання опору проведено при температурах від 46 мК до 10 К у магнітних полях до 15 Тл. Магнітопольові залежності опору демонструють осциляції Шубнікова–де Гааза та сходинки квантового ефекту Холла. В області дуже слабких магнітних полів (B < 01, Тл) виявлено ефект слабкої локалізації дірок, який визначає негативний магнітоопір та зростання опору зі зниженням температури (при T < 2 К). Прояв ефекту взаємодії виявлено та проаналізовано у широких межах температур та магнітних полів. При підвищенні температури здійснюється перехід від дифузійного режиму прояву квантової поправки взаємодії до проміжного та далі до балістичного режиму. В усіх вказаних областях поведінка квантової поправки до провідності, яка обумовлена взаємодією, добре відповідає сучасним теоретичним завбаченням.

The effects of weak localization and interaction of charge carriers in a two-dimensional hole gas in a pure Ge quantum well in the SiGe/Ge/SiGe heterostructure have been investigated. The hole concentration was 5,68⋅10¹¹ см⁻² and mobility4,68⋅10⁴см²⋅V⁻¹⋅ s⁻¹. The resistance was measured at T = 46 mk—10 K in magnetic fields up to 15 T. The magnetic field dependences of resistance exhibit Shubnikov—de Haas oscillations and steps of the quantum Hall effect. The effect of weak localization of holes has been revealed in very weak magnetic fields (B < 0.1 T). This effect is responsible for a negative magnetoresistance and a growth of resistance with lowering temperature (at T < 2 K). The interaction effect has been detected and analyzed in a wide range of temperatures and magnetic fields. As the temperature is increase, the diffusion regime of existence of the quantum interaction correction changes first into the intermediate regime and then to the ballistic one. In all the regions the behavior of the quantum interaction-related correction demonstrated good consistency with current theoretical predictions.