Квантовый магнитотранспорт в структурах n-InGaAs/GaAs при изменении концентрации электронов под воздействием инфракрасного излучения

Abstract

Экспериментально исследовано продольное ρxx(B,T) и холловское ρxy(B,T) магнитосопротивление в перпендикулярном плоскости образца магнитном поле в наноструктурах n-InGaAs/GaAs с одиночными и двойными сильносвязанными квантовыми ямами в зависимости от ширины ямы в диапазоне магнитных полей B = 0–12 Tл и температур T = 0,05–100 К до и после низкотемпературной подсветки инфракрасным излучением. Для образцов до освещения обнаружено изменение характера температурной зависимости сопротивления в нулевом поле ρ(T) с «диэлектрического» (dρ/dT < 0) на «металлический» (dρ/dT > 0). Показано, что температурная зависимость сопротивления задается температурной зависимостью подвижности µ(T), «диэлектрический» участок которой связан с квантовыми поправками к проводимости в диффузионном и баллистическом режимах, «металлический» — с рассеянием носителей на акустических и оптических фононах. На магнитополевой зависимости продольного магнитосопротивления ρxx(B,T) вблизи значения индукции, отвечающего равенству µB = 1, наблюдалось слабое изменение с температурой. Обнаружены также необычные температурные зависимости компонент проводимости σxx(B,T) и σxy(B,T) при µB = 1. На σxx(B,T) наблюдается температурно-независимая точка, а σxy(B,T) при µB = 1 сильно зависит от T. Установлено, что такая закономерность обусловлена характером температурной зависимости подвижности носителей заряда µ(T) как в диффузионном, так и в баллистическом режиме. После подсветки ИК излучением во всех образцах наблюдается положительная остаточная фотопроводимость, связанная с двукратным увеличением концентрации носителей заряда. Сопротивление в нулевом магнитном поле ρ(T) в таких образцах также испытывает переход от «диэлектрического» к «металлическому» типу проводимости при меньших значениях температуры, чем до подсветки. Показано, что особенности транспорта после освещения связаны с появлением температурной зависимости концентрации носителей заряда.

Експериментально досліджено подовжній ρxx(B,T) та холлівський ρxy(B,T) магнітоопір в перпендикулярному площині зразка магнітному полі в наноструктурах n-InGaAs/GaAs з поодинокими і подвійними сильнозв'язаними квантовими ямами в залежності від ширини ями в діапазоні магнітних полів B = 0–12 Tл та температур T = 0,05–100 К до й після низькотемпературного підсвічування інфрачервоним випромінюванням. Для зразків до освітлення виявлена зміна характеру температурної залежності опору в нульовому полі ρ(T) з «діелектричного» (dρ/dT < 0) на «металевий» (dρ/dT > 0). Показано, що температурна залежність опору задається температурною залежністю рухливості µ(T), «діелектрична» ділянка якої пов'язана з квантовими поправками до провідності в дифузійному і балістичному режимах, «металева» — з розсіянням носіїв на акустичних і оптичних фононах. На магнітопольовій залежності подовжнього магнітоопору ρxx(B,T) поблизу значення індукції, що відповідає рівності µB = 1, спостерігалася слабка зміна з температурою. Виявлено також незвичайні температурні залежності компонент провідності σxx(B,T) та σxy(B,T) при µB = 1. На σxx(B,T) спостерігається температурно-незалежна точка, а σxy(B,T) при µB = 1 сильно залежить від Т. Встановлено, що така закономірність обумовлена характером температурної залежності рухливості носіїв заряду µ(T) як в дифузійному, так і у балістичному режимі. Після підсвічування ІЧ випромінюванням в усіх зразках спостерігається позитивна залишкова фотопровідність, яка пов'язана з двократним збільшенням концентрації носіїв заряду. Опір в нульовому магнітному полі ρ(T) в таких зразках також випробовує перехід від «діелектричного» до «металевого» типу провідності при менших значеннях температури, чим до підсвічування. Показано, що особливості транспорту після освітлення пов'язані з появою температурної залежності концентрації носіїв заряду.

Longitudinal ( ) ρxx B and Hall ( ) ρxy B magnetoresistances have been investigated experimentally as a function of transverse magnetic field in n-InGaAs/GaAs nanostructures with single and double strongly-coupled quantum wells in the temperature range T = 0.05–100 K and magnetic fields B = 0–12 T before and after lowtemperature illumination by infrared irradiation. It is found that for nonilluminated samples the temperature dependence of resistance at B = 0 Т ρ( ) T changes in type from insulator-like type ( 0) d dT ρ < to metallike one ( 0) d dT ρ > . It is shown that the temperature dependence of resistance is given by the temperature dependence of mobility µ( ) T : the insulator-like portion of µ( ) T is related to the quantum corrections to conductivity in the diffusion and ballistic regimes, the metal-like one to the carrier scattering by acoustic and optical phonons. At magnetic field a heavily blurred temperature-independent point on the longitudinal magnetoresistance temperature dependence (,) ρxx B T at µ = B 1 is observed. Unusual (,) σxx B T and (,) σxy B T temperature dependences was found after inverting the resistivity tensor into the conductivity tensor at µ = B 1. A temperature-independent point is observed for the (,) σxx B T , while (,) σxy B T strongly depends on T at µ = B 1. It is established that this is due to the presence of temperature dependence of charge carrier mobility µ( ) T both in the diffusion and in the ballistic regimes. After the IR illumination all the samples display a positive persistent photoconductivity associated with a twofold increase in the charge carriers concentration. The resistance at zero magnetic fields ρ( ) T in these samples also undergoes transitions from the insulator-like to metal-like type of conductivity at temperatures lower than before illumination. It is shown that the peculiarities of transport after illumination are associated with the appearance of a temperature dependence of charge carrier concentration.