GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)二維電子系統(tǒng)是最純凈的固態(tài)電子材料,由于其超高的電子遷移率,在低溫下可呈現(xiàn)出異常豐富的物理現(xiàn)象(如廣為人知的量子霍爾效應(yīng)),三十多年來一直是凝聚態(tài)物理基礎(chǔ)研究和量子器件探索的重要平臺。近年來,理論研究表明,在面內(nèi)六方周期勢調(diào)制下GaAs/AlGaAs二維電子系統(tǒng)可出現(xiàn)類似于單層石墨烯的能帶結(jié)構(gòu),從而體現(xiàn)出狄拉克電子特有的新奇量子現(xiàn)象。通過微納加工手段引入六方周期勢調(diào)制,制備基于GaAs/AlGaAs二維電子系統(tǒng)的人工石墨烯樣品,構(gòu)造參數(shù)可調(diào)的狄拉克電子系統(tǒng),是近年來二維電子系統(tǒng)研究的一個挑戰(zhàn)性的前沿課題。基于本實驗室自主生長的GaAs/AlGaAs二維電子材料,本文通過電子束曝光和ICP刻蝕等微納加工手段,在GaAs/AlGaAs二維電子材料面內(nèi)制備出周期性微納結(jié)構(gòu),系統(tǒng)地研究了它們的低溫磁輸運性質(zhì),為我們進(jìn)一步探索實現(xiàn)GaAs/AlGaAs二維電子人工石墨烯奠定了條件。具體內(nèi)容如下:1)摸索和優(yōu)化了在GaAs/AlGaAs二維電子樣品面內(nèi)制備二維antidot三角晶格的微納加工工藝,成功制備出晶格常數(shù)在1000nm至100nm范圍內(nèi)的高質(zhì)量antidot晶格樣品,測量了它們在低溫下的量子輸運性質(zhì)。在縱向磁阻ρ_(xx)中,除了普遍觀測到可歸因于釘扎回旋共振軌道(pinned cyclotron orbits)的幾何共振振蕩,在樣品中調(diào)制勢較強(qiáng)時還觀測到非常清晰的AB振蕩和AAS振蕩,這表明我們制備的antidot晶格具有很好的周期和均勻性。在Hall電阻ρ_(xy)中,觀測到對應(yīng)ρ_(xx)幾何共振峰的臺階、dρ_(xy)/dB與ρ_(xx)之間的高度相似性、以及零磁場附近的霍爾電阻quenching等特征現(xiàn)象。此外,我們考察了antidot晶格樣品在直流電流偏置下的微分電阻,發(fā)現(xiàn)幾何共振振蕩峰在偏置較大時表現(xiàn)出相位反轉(zhuǎn)的非線性效應(yīng)。2)通過在GaAs/AlGaAs二維電子樣品面內(nèi)制備一維門電極光柵,研究了二維電子系統(tǒng)在一維周期勢調(diào)制下的量子輸運,清楚地觀測到回旋共振軌道與一維調(diào)制空間周期公度的幾何共振振蕩。在負(fù)門電壓情況,幾何振蕩呈現(xiàn)的規(guī)律符合通常由光柵調(diào)制周期給出的理論預(yù)期;然而,在正門電壓情況下,幾何振蕩呈現(xiàn)出比預(yù)期更豐富的結(jié)構(gòu)。傅里葉分析發(fā)現(xiàn),隨著門電壓往正方向變化,幾何振蕩的基頻分量迅速衰減,而二倍頻分量逐漸增強(qiáng)直至占據(jù)主導(dǎo),并且在門電極更窄的情況下觀測到三倍頻分量。我們定性地認(rèn)為,門電極上的正電壓使其下方的勢壘發(fā)生劈裂,由此使周期勢壘的各倍頻分量的權(quán)重發(fā)生變化,粗略的勢場模擬支持我們這一觀點。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O469

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本文編號：2812631