Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В сильнокореллированных двумерных электронных системах на основе гетероструктур MgZnO/ZnO выявлено необычное поведение магнитного порядка между квантово-холловскими состояниями с факторами заполнения 𝜈 = 1 и 𝜈 = 2. При изменении фактора заполнения и угловой ориентации магнитного поля в спектрах неупругого рассеяния света зарегистрированы качественные перестройки коллективных спиновых возбуждений, свидетельствующие о наличии спиновых текстур при 1 < 𝜈 < 3/2 и ферромагнитной неустойчивости при 3/2 < 𝜈 < 2. Показано, что спиновая жесткость состояния 𝜈 = 3/2 равна нулю. Также из сравнения с магнитотранспортными экспериментами [J. Falson, D. Maryenko, B. Friess et al., Nature Phys. 11, 347 (2015)] оказалось, что исчезновение спиновых текстур при изменении угла наклона поля коррелирует с появлением несжимаемого состояния при 𝜈 = 3/2. С помощью зондирования спиновых коллективных возбуждений исследованы многочастичные энергии квантово-холловских ферромагнетиков при 1/3≤𝜈≤1 в системах с большими значениями параметра Вигнера-Зейтца rs. Для этого на гетероструктуре MgZnO/ZnO, содержащей высокоподвижную двумерную электронную систему с параметром rs =11 выполнены эксперименты по НРС и поляризованной фотолюминесценции (ФЛ). Из энергии ларморовского спинового экситона при конечных импульсах удалось извлечь спиновую жесткость в ультраквантовом пределе – она максимальна при 𝜈=1/3 и 𝜈=1 и сильно подавлена при промежуточных факторах заполнения. Измерения циркулярно-поляризованной ФЛ позволили установить, что электроны сохраняют ферромагнитную конфигурацию. В узкой окрестности 𝜈=1/3 обнаружено комбинированное спиновое возбуждение – спиновой ротон - энергия которого состоит из зеемановского и корреляционного вклада лафлиновской жидкости. Корреляционная и обменная энергии при 𝜈=1/3 даже при столь большом значении параметра rs оказались лишь незначительно ослаблены влиянием смешивания уровней Ландау. Расчёты методом точной диагонализации, проведённые для спиновых возбуждений при 𝜈=1/3 и 𝜈=1 согласуются с экспериментальными данными для измеренной структуры и подтверждают вывод о неизменности масштаба многочастичных энергий лафлиновского состояния  =1/3. Исследован спектр фотолюминесценции двумерных электронных систем в диапазоне факторов заполнения от 1 до 2 при температуре 40 мК. При факторах заполнения в окрестности 4/3 помимо ФЛ от свободной двумерной электронной системы в спектре выявлены пики, соответствующие плазмаронам - трехчастичным комплексам, представляющим собой связанное состояние магнитоплазмона и свободной Ферми-дырки в зоне проводимости, при котором две Ферми-дырки образуют спиновой синглет. Была изучена зависимость спектра ФЛ от мощности оптической накачки. В широком диапазоне зависимость интенсивности плазмаронов является квадратичной функцией сигнала ФЛ свободной ДЭС. Удивительный факт в том, что начиная с некоторой критической плотности мощности в спектре рекомбинации становится виден второй комплекс из четырех пиков. Эти пики имеют интенсивность на два порядка меньшую чем оригинальные плазмароны и отстоят от пиков обычной рекомбинации в два раза дальше, чем оригинальные плазмароны. По этой причине логично их называть двойными плазмаронами. Произведены одновременные измерения спектров неупруго рассеянного света и фотолюминесценции из ДЭС при микроволновом облучении, резонансным с частотой ЭПР электронов, в условиях сильных магнитных полей и низкой температуры (вплоть до 0.5 К). В магнитном поле порядка 3 Т при частоте около 80 ГГц надежно задетектирован сигнал ЭПР по изменению спектров ФЛ ДЭС. Однако детектирование стоксовых и анти-стоксовых компонент НРС на спиновом экситоне оказалось крайне затрудненным из-за малости рамановского сдвига и нахождении данных компонент на "плечах" лазерной линии. Очевидным улучшением экспериментальной ситуации является проведение измерений при больших магнитных полях (более 8 Тесла), однако это требует пропорционального увеличения частоты микроволнового излучения в диапазон порядка 300 ГГц. При этом, с ростом частоты излучения существенно уменьшается уровень доступной мощности излучения генераторов (так называемая "терагерцовая яма"), поэтому для надежного детектирования запланировано приобретение более мощных источников с частотами G-диапазона. Произведены эксперименты по измерению времени излучательной рекомбинации из гетероструктур ZnO/MgZnO. Установлено, что это время не превышает величины 1 нс для всех исследованных плотностей. В частном случае самой большой концентрации 4.0 × 10^12 cm^−2, когда встроенное электрическое поле на гетероинтерфейсе имеет самую большую величину, и поэтому расстояние (по нормали к гетероинтерфейсу) между волновыми функциями электронами основной подзоны и дырками максимальное, характер фотолюминесценции отвечает рекомбинации электронов с частично заполненной первой возбужденной подзоны. Для установления зависимости времени рекомбинации от концентрации двумерных электронов запланированы эксперименты с пс-разрешением и привлечением техники стрик-камеры. Показано, что масштаб энергетической перекачки двумерной электронной системы при использовании импульсов OPO-лазерной системы (10 Гц частота повторений) достигает масштаба нескольких мэВ, и может существенно превышать температуру "бани". Произведены измерения спектров отражения и ФЛ из квантовых ям AlAs, содержащих ДЭС. В соответствии с ожиданиями, фотолюминесценция при стационарной накачке не проявила спектральных особенностей, которые могли бы быть сопоставлены с рекомбинацией двумерных электронов, что объясняется непрямозонностью гетероструктур AlAs-GaAs, а также пространственным разделением электронов и дырок (дырки должны локализоваться в барьере GaAs). В то же время, в спектрах отражения обнаружены особенности в области прямой щели (около 3.2 эВ), которые могут отвечать прямым переходам внутри квантовой ямы AlAs. Магнитополевые зависимости, снятые при температуре 4.2 К, не показали явных характерных зависимостей положений либо интенсивностей этих особенностей от магнитного поля, связанных с прохождением двумерной электронной системы через состояния КЭХ. Однако, данный факт может объясняться очень тяжелой зонной массой электронов, и требованием проведения экспериментов при существенно более низких температурах (0.5 К и ниже), что согласуется с данными транспортных исследований.