О природе полуцелых квантовых особенностей транспортного и холловского сопротивлений 2D электронных систем в квантующем магнитном поле

Статьи, посвященные столетию со дня рождения Л. В. Шубникова

Анотація

Показано, что в двумерных (2D) электронных системах в квантующем магнитном поле наряду с электрон-дырочным (экситонным) спариванием за счет кулоновского взаимодействия, возможно также куперовское спаривание 2D электронов благодаря их взаимодействию с 2D фононами и 2D плазмонами, локализованными в полупроводниковых гетероструктурах на поверхности раздела кристаллов. С помощью суммирования расходящихся при T → 0 лестничных диаграмм в нуль-звуковом и куперовском каналах найдены критические температуры перехода в экситонную и куперовскую фазы. Показано, что экситонная фаза может существовать только в сравнительно узких областях вблизи полуцелых значений фактора заполнения n=(2n-1)/2 (n=1, 2, 3, ...), что качественно согласуется с экспериментально наблюдаемыми анизотропными особенностями в транспортном сопротивлении 2D систем в режиме целочисленного квантового эффекта Холла. Учет суперпозиции состояний связанных электронных пар и неспаренных 2D электронов в куперовской фазе позволяет описать практически все экспериментально обнаруженные квантовые особенности в режиме дробного квантового эффекта Холла, в том числе при таких значениях n, которые не описываются моделью композитных фермионов. В то же время межэлектронное притяжение может способствовать триплетному куперовскому спариванию композитных фермионов, которое сопровождается появлением <экзотической> квантовой особенности при n=5/2. Приводятся аргументы в пользу возможного экспериментального наблюдения куперовской фазы.