GaAs宽量子阱中二维空穴系统
批准号:
12074010
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
刘阳
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质电子结构
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘阳
中文摘要
场效应管、异质结激光器等半导体量子器件的工作特性与组成这些器件的二维载流子系统的物理性质有密切的联系。分子束外延生长技术制备的超高迁移率二维电子/空穴系统被广泛应用于研究量子霍尔效应、弹道输运和Berry相位等物理现象。相比于二维电子,二维空穴系统中能量相近的p-轨道亚能带之间通过自旋-轨道作用相互耦合,从而使得二维空穴具有各向异性,非抛物线的复杂的E-k色散曲线。电场、应力、磁场等也会极大的影响色散曲线。迄今为止宽量子阱中二维空穴系统的能级结构及其输运特性仍然没有被系统性地研究。在本课题中,我们将对宽量子阱中二维空穴系统的磁输运特性进行系统性地测量。我们将会研究:1. 强磁场中不同朗道能级之间的交错及其随空穴浓度、量子阱宽和量子阱对称性之间的关系;2.朗道能级交错点附近量子霍尔效应的相变。这项研究将为日后进一步深入研究宽量子阱二维空穴系统提供实验指导。
英文摘要
The physics of two-dimensional electron/hole systems plays an important role in modern semiconductor quantum devices such as high electron mobility transistors, heterostructure lasers, etc., which are assembled by connecting individual 2D systems with tunneling/diffusion junctions. The state-of-the-art ultra-high mobility 2D electron/hole systems grown by molecular beam epitaxy have achieved > 10^6 cm^2/(Vs) mobility and >10 um mean-free-path at low temperatures. A lot of quantum phenomena have been discovered and studied in these systems, such as quantum Hall effect, ballistic transport, Berry phase, etc. Compared to 2D electron system, the 2D hole system, especially when confined in wide quantum wells, is still poorly understood. The p-orbital states are strongly coupled with each other through the spin-orbital coupling, leading to complicate, anisotropic, non-parabolic subband dispersion which are sensitive to external perturbations such as electric field, strain, magnetic field, etc. In this study we propose to perform the first systematic magneto-transport study of ultra-high mobility two-dimensional hole system confined in wide GaAs quantum wells at low temperature and high magnetic field. We will study: 1. The Landau level crossings and their dependence on the hole density, quantum well width and symmetry; 2. Evolution and phase transitions of quantum Hall effects at Landau level crossings. Through this study, we expect to create an experimental chart to pilot future in-depth studies.
本课题计划研究二维空穴系统中出现的新物理现象,积累宽量子阱二维空穴系统中朗道能级交错的实验结果。在研究过程中,我们采用多种独创的实验方法,以远超前人的精度和灵敏度发现了大量的未知物理现象。这些新发现吸引了众多理论和实验合作者的兴趣,后续的研究将会极大促进我们对相关领域的理解。.1. 我们发现在超高迁移率样品中磁场会引起电导率的快速下降,使得电容与电导相互耦合而无法区分;.2. 我们的实验发现朗道能级交错的过程远比预期复杂。两个相互交错的朗道能级会由于电子间相互作用从而自发维持简并状态。在此过程中体系呈现回滞现象,表明体态中存在复杂的畴结构。.3. 我们研究了电子的Wigner晶体的电容响应。在外加电场的作用下,周期排布的电子的集体运动产生极化电荷,对外表现出了电容性的响应。通过构建电子的运动模型,由电容可以推算得到Wigner晶体的一系列物理参数大小,如钉扎强度、相干长度、介电系数和弹性模量等。.4. 我们利用声表面波技术和电声子耦合对二维电子系统中的量子相进行研究。我们在实验中发现当前的电声子耦合弛豫模型不适用于强关联体系。该模型预测在不可压缩的量子霍尔态上,声表面波波速增大和声表面波的衰减系数应趋向零。与理论预测不同,当声波幅度足够低时,声表面波波速随量子霍尔效应增强而单调增加,其衰减也异常增加。实验发现声速响应和体系中的电流密度存在线性依赖,表明电子系统在承载电流时变得更加的不可压缩。
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批准号:82001029
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:刘阳
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依托单位:
GaAs宽量子阱中二维空穴系统
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批准号:82001029
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项目类别:面上项目
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:刘阳
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依托单位:
mK温度量子电容测量技术
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批准号:92065104
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2020
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负责人:刘阳
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依托单位:
QCM生物传感器用于生物分子识别的研究及应用
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批准号:20405001
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2004
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负责人:刘阳
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依托单位:
国内基金
海外基金