Коллективные и одночастичные возбуждения в низкоразмерных электронных системах

Видео

Аннотация

Исследования плазменных возбуждений в двумерных электронных системах (ДЭС) привлекают все более возрастающий интерес в последние годы. Этот интерес был вызван обнаружением новой области спектра двумерных плазмонов, где связь плазмона со светом особенно сильна. Этот режим, когда становятся значимыми электродинамические эффекты запаздывания, реализуется, когда длины волн плазмона и света становятся соизмеримы. Изучение плазмонных поляритонов привело к открытию целого ряда принципиально новых электродинамических явлений: сильная и ультрасильная связь между между 2D электронами и фотонной модой резонатора, тонкая структура циклотронного резонанса, суперрадиационное затухание ансамбля 2D электронов.

Одним из основных проявлений кулоновского взаимодействия между носителями заряда в ДЭС является возбуждение волн зарядовой плотности — плазмонов. Плазменные и магнитоплазменные волны в двумерных системах активно исследуются уже более 50 лет. За это время накопилось немало экспериментальных данный свидетельствующих о том, что в СВЧ-отклике двумерных электронных систем наряду с хорошо изученными коллективными плазменными резонансами наблюдается ряд дополнительных резонансов, физическая природа которых до сих пор не совсем ясна. В качестве примера таких явлений можно привести СВЧ-индуцированные осцилляции магнитосопротивления. Недавно было открыто принципиально новое физическое явление — одночастичный циклотронный резонанс Азбеля — Канера в двумерных электронных системах.

Уникальность этого открытия состоит в том, что в эксперименте удается одновременно наблюдать и исследовать как одночастичный циклотронный резонанс Азбеля — Канера, так и коллективный циклотронный магнитоплазменный резонанс. Обнаружение этого резонанса позволяет предположить, что неопознанные дополнительные резонансы, длительное время наблюдавшиеся в СВЧ отклике ДЭС, составляют целый отдельный класс одночастичных возбуждений. Экспериментальное исследование данного нового класса возбуждений, а также их взаимодействия с коллективными плазменными волнами является крайне актуальной научной проблемой.

До настоящего времени подавляющее большинство экспериментальных работ было посвящено изучению физических свойств плазменных возбуждений в однодолинных изотропных ДЭС. За последние десятилетия, благодаря существенному прогрессу в технологии эпитаксиального роста, стало возможным появление нового класса высококачественных двумерных структур на основе AlAs квантовых ям. Отличительными особенностями таких структур являются многодолинность и естественная анизотропия эффективных масс двумерных электронов. Сильная анизотропия эффективных масс двумерных электронов и контролируемое заполнение различных долин делают двумерные гетероструктуры на основе AlAs квантовых ям уникальным объектом для изучения новых плазмонных явлений.

Первые эксперименты на AlAs гетероструктурах показали, что спектр магнитоплазменных возбуждений в таких системах обладает целым рядом уникальных особенностей: наличием щели в спектре плазменных возбуждений для абсолютно симметричных образцов в форме диска, а также нетривиальной перестройкой плазмонного спектра при перераспределении носителей заряда между различными долинами.