Магнетосопротивление в массиве квантовых точек с разной степенью локализации носителей заряда N.P. Stepina, E.S. Koptev, A.G. Pogosov, A.V. Dvurechenskii

Содержание
Образцы с разной степенью локализации
Мотивация
Экспериментальные результаты по МС
o
o
o
Отрицательное МС: WL модель
Отрицательное МС: VRH модель
Температурная зависимость проводимости
o

Плотность 3-4×1011см-2
Латеральный размер 10 -15нм
Высота 1-1.5 нм
Поперечный срез ПЭМ
10 МС Ge 300°C
СТМ изображение
Ge нанокластеров
Ge нанокластеры в Si
INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH
OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE
Зонная структура
Большая плотность КТ позволяет наблюдать прыжковую проводимость вдоль 2D массива КТ

Прыжковая проводимость дырок
Немонотонная зависимость проводимости от заполнения- характерная особенность КТ.
Анализ безразмерной энергии активации

Радиус локализации в неупорядоченной системе

Сильная локализация
Слабая локализация
Промежуточный режим
Прыжковый транспорт
Диффузионная проводимость
с квантовыми поправками
???????????
Режимы транспорта

Изменение плотности КТ
Контроль фактора заполнения
Пути изменения проводимости
Плотность КТ 8×1011 см-2
Фактор заполнения ν ~3
HTREM изображение КТ с плотностью ~4∙1011 см -2
СТМ изображения массива Кт с плотностью ~ 8×1011 см -2 (200×200 нм)

3. Изменение размеров Кт и состава при отжиге
Пути изменения проводимости

Мотивация
Температурная зависимость проводимости
Нелинейная проводимость
Переход от прыжкового к диффузионному транспорту
hopping regime
diffusive regime
G>0.4G0
G<10-4G0

В магнитном поле
ОМС в режиме слабой локализации
ОМС в VRH режиме
Отрицательное магнетосопротивление
b=B/Btr , Btr=h/2el2, ψ- digamma функция
i
j
2
1
N
μ - амплитуда рассеяния<0, r- длина прыжка

Температурная зависимость проводимости
G>0.4e2/h - диффузионный режим
G<10-2e2/h - прыжковый режим

Магнетосопротивление

Negative magnetoresistance, VRH model
The behavior of length parameter
with ξ is opposite than VRH theory predicts
r ~ ξ(T0/T)1/2

Отрицательное МС, WL модель

Отрицательное МС, WL модель

Температурная зависимость МС
Определение Lϕ из G(T)
Определение Lϕ из MC

Определение для случая
если
то
и можно использовать приближенный метод, считая малым параметром
тогда
Тем самым, анализируя зависимость
можно определить

Предложены пути получения структур с массивом КТ с широким диапазоном изменения проводимости.
Анализ температурных зависимостей проводимости подтверждает переход от прыжкового к диффузионному транспорту при изменении проводимости системы.
Анализ поведения магнетосопротивления в промежуточной области значений G ( ) выполнен для структур с различными размерами и составом КТ, при изменении их плотности и заполнения КТ дырками.
Выводы:
Режим МС подобен для всех исследованных структур. В слабых полях наблюдается отрицательное МС, которое переходит в положительное при увеличении поля.
Анализ отрицательного Мс выполнен в приближении прыжковой проводимости и слабой локализации.
Показано, что приближение слабой локализации описывает поведение отрицательного МС для всех образцов, однако параметр α стремиться к нулю при уменьшении проводимости.
Результаты объяснены в предположении, что вклад квантовой интерференции ограничен не только длиной сбоя фазы, но также длиной локализации.
Заключение

Эффективная масса
модель самосогласованной интерференционной поправки к проводимости
[B.L. Altshuler, A.G. Aronov, and D.E. Khmelnitsky, J. Phys. C 15, 7367 (1982)]