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Localization and electron-electron interaction effects in magnetoresistance of p?type Ge/Ge1-xSix heterostructures

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English Summary

Localization and electron-electron interaction effects in magnetoresistance of p-type Ge/Ge1-xix heterostructures were studied by Arapov et al. The researchers analyzed MR data for strained Ge layers, where Fermi energy is near the bottom of the second confinement hole subband (EF ≅ ∆). They found that negative magnetoresistance due to weak localization suppression in the weak-field region gives evidence contrary to strong spin-orbit scattering results. By extrapolating B2 dependencies, WL and EEI parts were separated for conductivity at zero field. The researchers concluded that their heterostructures are not situations with strong Solid lines spin-orbit coupling [10], in contrast with predictions of the theory [6,7].

Key Technical Terms

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Localization and electron-electron interaction effects in magnetoresistance of p-type Ge/Ge1-xSix heterostructures Yu.G. Arapov1, G.I. Harus, V.N. Neverov, A.T. Lonchakov, N.G. Shelushinina and M.V. Yakunin Institute of Metal Physics, Ekaterinburg, 620219 Russia 1. Introduction The diffusive nature of electron motion in a disordered system results in quantum corrections to the Drude conductivity σ0 due to both the single particle weak localization (WL) effects and the disorder-modified electron-electron interaction (EEI) [1]. The WL and EEI parts of the total quantum correction ∆σ may be separated by a magnetic field B since the localization effect should be suppressed for B >> Btr = !c/2e”2 (” is the elastic free path) [2]. In contrast to the B sensitivity of ∆σ, for the EEI effect it is found that ∆σxy = 0 and ∆σxx = ∆σee (B = 0) at both ωcτ < 1 and ωcτ > 1 [3]. As a consequence, at B >> Btr the following expression for longitudinal resistivity takes place [3,4]: ρxx (B ) = ρ0 + ρ0 2 1[ − (µB ) 2 ]∆σee (1) with ρ0 = 1/σ0. The interplay of classical cyclotron motion and EEI effect thus leads to the parabolic negative magnetoresistance (MR) [4,5]: ∆ρ / ρ0 = − (µB ) 2 ∆σee / σ0 . (2) 1. Results and discussion We report on the results of the MR investigations 19 for two samples 1124b3(1125a7) of strained a) 1125a7 multilayer p-type Ge/Ge1-xSix heterostructures with 18 hole densities p = 2.5(2.8)·1011 cm-2 and mobilities µ = 1(1.7)·104 cm2/Vs at T ≥ 0.1 K in fields up to 2/h e 17 2T. The logarithmic upturn of B = 0 resistivity σ, takes place in both samples at T < 20 K (fig.1). For 16 sample 1124b3, the negative MR is observed in the whole range of magnetic fields up...

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한글 요약 (Korean Summary)

P- 타입 GE/GE1-XIX 이종 구조의 자성 저항에서의 국소화 및 전자-전자 상호 작용 효과는 Arapov et al. 연구자들은 Fermi Energy가 두 번째 구속 구멍 서브 밴드의 바닥 근처에있는 변형 GE 층에 대한 MR 데이터를 분석했습니다 (EF ≅ ∆). 그들은 약한 필드 영역에서의 약한 국소화 억제로 인한 음성 자기 저항이 강한 스핀 궤도 산란 결과와 반대되는 증거를 제공한다는 것을 발견했다. B2 의존성을 외삽함으로써, WL 및 EEI 부품을 제로 필드에서 전도도에 대해 분리 하였다. 연구원들은 이종 구조가 이론의 예측과 달리 강한 실선 스핀 궤도 결합 [10]이있는 상황이 아니라고 결론 지었다 [6,7].

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • Electron-Electron interaction (EEI)
    설명 (Korean): 양자 교정으로 인한 전자 간의 상호 작용은 장애로 인한 Drude 전도도로의 상호 작용. 제로 필드의 전도도에 영향을 미치기 때문에 일반 과학 청중에게 적합합니다.
    (Original English: Interaction between electrons resulting from quantum corrections to Drude conductivity due to disorder. Suitable for general science audience as it affects conductivity at zero field.)
  • Weak localization (WL)
    설명 (Korean): 무질서한 시스템에서 전자 운동으로 인한 양자 효과는 약한 필드 조건 하에서 자기 저항의 억제로 이어진다 [8]. WL 결과는 전도도 및 EEI 효과로부터의 분리에 미치는 영향으로 인해 일반 과학 청중에게 적합합니다.
    (Original English: Quantum effect caused by electron motion in a disordered system, leading to suppression of magnetoresistance under weak-field conditions [8]. WL results are suitable for general science audiences due to their impact on conductivity and separation from EEI effects.)
  • Heavy hole/light hole mixing
    설명 (Korean): 무거운 구멍 (GE 층에 의해 형성됨)과 광고 (일축 장력 변형에 의해 형성됨) 사이의 상호 작용은 약한 필드 조건 하에서 부정적인 영향을 미칩니다 [10]. 혼합 결과는 전도도, 특히 긴장된 GE 구조에 미치는 영향으로 인해 일반 과학 잠재 고객에게 적합합니다.
    (Original English: The interplay between heavy holes (formed by Ge layers) and light holes (formed by uniaxial tension strain), which affects MR negatively under weak-field conditions [10]. Mixing results are suitable for general science audiences due to their impact on conductivity, particularly in strained Ge structures.)
  • Second hole subband
    설명 (Korean): 에너지 분리가 지상 상태에서 위쪽으로 계산 될 때 무거운 구멍과 광유에 의해 형성된 추가 에너지 수준은 MR에 긍정적으로 영향을 미칩니다 [6-8]. 서브 밴드 결과는 변형 된 GE 구조에서 일축 장력 조건 하에서 전도도에 미치는 영향으로 인해 일반 과학 청중에게 적합합니다.
    (Original English: Additional energy levels formed by heavy holes and light holes, affecting MR positively when the energy separation is counted upwards from ground states [6-8]. Subband results are suitable for general science audiences due to their impact on conductivity under uniaxial tension conditions in strained Ge structures.)
  • Conductivity
    설명 (Korean): WL이 약한 필드 조건 하에서 자성 저항성을 억제 할 때 MR에 부정적인 영향을 미치는 재료를 통한 전하 담체의 흐름 [8]. 결과는 전도도와 EEI 효과로부터의 분리에 미치는 영향으로 인해 일반 과학 청중에게 적합합니다.
    (Original English: The flow of charge carriers through materials, which affects MR negatively when WL effects suppress magnetoresistance under weak-field conditions [8]. Results are suitable for general science audiences due to their impact on conductivity and separation from EEI effects.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

P- 타입 GE/GE1-XSIX 이종 구조의 자성 저항에서의 국소화 및 전자-전자 상호 작용 효과 yu.g. Arapov1, G.I. Harus, V.N. Neverov, A.T. Lonchakov, N.G. Shelushinina 및 M.V. Yakunin Institute of Metal Physics, Ekaterinburg, 620219 러시아 1. 소개 무질서한 시스템에서 전자 운동의 확산 성질은 단일 입자 약한 국소화 (WL) 효과와 무질서 조정 전자-전자 상호 작용 (EEI)으로 인해 Drude 전도도 σ0에 대한 양자 교정을 초래합니다 [1]. 총 양자 보정 ∆σ의 WL 및 EEI 부분은 국소화 효과가 b >> btr =! c/2e “2에 대해 억제되어야하기 때문에 자기장 B에 의해 분리 될 수있다 [“2] [2]. ∆σ의 B 감도와 달리, EEI 효과의 경우 ωcτ <1 및 ωcτ> 1에서 ∆σxy = 0 및 ∆σxx = ∆σee (b = 0)가 발견된다 [3]. 결과적으로, b >> btr에서 종 방향 저항성에 대한 다음의 표현은 [3,4] : ρxx (b) = ρ0 + ρ0 2 1 [ – (µb) 2] ∆σee (1) ρ0 = 1/σ0. 고전적인 사이클로트론 운동 및 EEI 효과의 상호 작용은 따라서 포물선 음성 자기 정전기 (MR) [4,5] : ∆ρ / ρ0 = – (µb) 2 ∆σee / σ0으로 이어진다. (2) 1. 결과 및 논의 우리는 2 개의 샘플에 대한 MR 조사 결과에 대해보고한다. 최대 2/h e 17 2t의 필드에서. b = 0 저항 σ의 로그 상향은 t <20 k에서 두 샘플에서 발생합니다 (그림 1). 16 샘플 1124B3의 경우, 음성 MR은 전체 범위의 자기장에서 관찰됩니다 ...

Source: arXiv.org (or the original source of the paper)

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