Обменное усиление g-фактора в двумерном электронном газе

Одноэлектронная задача в параболической зоне

Методы измерения g-фактора в 2D электронном газе

Обменное усиление g-фактора в 2D электронном газе

Обменное усиление g-фактора в 2D электронном газе

2D электронный газ в КЯ InAs возникает вследствие ионизации доноров на поверхности покрывающего слоя GaSb и глубоких доноров в барьерах AlSb, что приводит к возникновению встроенного электрического поля. Пунктирной линией показано положение Г-долины в зоне проводимости AlSb.
Зонная структура номинально нелегированных образцов InAs /AlSb

Мотивации для теоретического исследования обменного усиления g-фактора в гетероструктурах InAs/AlSb

Осцилляции g-фактора 2D электронов в квантующих магнитных полях

Приближение Хартри и модель Кейна

Учёт уширения уровней Ландау
Энергия Ферми определяется из нормировки полной плотности состояний:

Уровни Ландау и положение уровня Ферми в приближении Хартри

Поправки, связанные с обменным взаимодействием
Кулоновская функция Грина
Экранировка в приближении Томаса-Ферми:

Уровни Ландау квазичастиц и положение уровней Ферми в приближении Хартри-Фока

Осцилляции g-фактора в КЯ InAs/AlSb от магнитного поля

Обменное усиление g-фактора в 2D электронном газе в КЯ InAs/AlSb

Сравнение с экспериментом в умеренных магнитных полях

Сравнение с экспериментом в Phys. Rev. B 47, 13937 (1993).

Основные результаты работы
Впервые в рамках модели Кейна в «экранированном» приближении Хартри-Фока с учётом уширения уровней Ландау выполнены количественные расчёты обменного усиления g-фактора квазичастиц в КЯ AlSb/InAs/AlSb с непараболическим законом дисперсии в зоне проводимости.
Впервые показано, что обменное взаимодействие, приводит к усилению g-фактора как при нечётных так и при чётных факторах заполнения уровней Ландау.
Впервые продемонстрировано, что амплитуда и форма осцилляций усиленного g-фактора квазичастиц определяется не только электрон-электронным взаимодействием, но и величиной уширения уровней Ландау вследствие случайного потенциала.

Спектр и циклотронная масса в модели прямоугольной КЯ AlSb/InAs/AlSb.

Учёт электрон - электронного взаимодействия
Задача о нахождении кулоновской функции Грина в плоскослоистой среде

Восьмизонный гамильтониан Кейна
Гетероструктуры InAs/AlSb выращиваются на плоскости (001), при росте на этой плоскости тензор деформации может иметь только три отличные от нуля компоненты: εXX=εYY, εZZ. Оси x, y, z направлены вдоль [100], [010], [001] соответственно.