微波下半导体异质结中奇异电子态的输运研究

The high mobility two-dimensional electron system (2DES) offered by the state-of art GaAs/AlGaAs molecular beam epitaxy (MBE) technology is a clean laboratory for many body physics. The main thrust for this proposal is to explore a new regime for 2D electron physics, namely, the quantum transport in 2DES that is subjected to the far-from-equilibrium condition. Zero resistance state (ZRS) is one signature in the microwave induced non-equilibrium state. In this proposal, we would like to modulate the two-dimensional electron system (2DES) by tuning the microwave frequencies, sample patterns and sizes, dimensions of magnetic fields (i.e. the parallel magnetic field and perpendicular magnetic field), etc. .On the other hand, recent development of the high mobility p-type GaAs MBE growth provides a good opportunity for the 2D hole system (2DHS) under microwave. We observed edge magnetoplasmon (EMP) oscillations in recent photovoltage (PV) measurements. Due to the heavy effective mass in 2DHS, we would like to observe similar features to those in 2DES at lower radio-frequencies in further experimental research. .Moreover, very high mobility 2DES in GaAs/AlGaAs quantum wells (QWs) can be provided via collaboration with Dr. Loren Pfeiffer and Ken West at Princeton University, and Dr. Michael Manfra at Purdue University.

基于GaAs/AlGaAs的分子束外延（MBE）生长技术为高迁移率二维电子气的多体物理研究提供了良好的平台。本申请报告是为了探索二维电子系统远离平衡条件下的量子输运。零电阻态（ZRS）是微波下的非平衡态的一个重要标志。在本研究计划中，我们希望通过对微波频率、样品测量方式、以及磁场的维度（平行磁场和垂直磁场）对二维电子体系进行操控，进而研究非平衡态的物理机制。.由于近些年p型GaAs生长质量的提高，我们还将研究高迁移率二维空穴气在微波下的量子输运性质：由于空穴的质量远大于电子，我们期待可以在更低的频率观察到类似现象，特别是我们近期首次观察到了微波频率引起的edge magnetoplasmon振荡。.我们实验所需的高迁移率GaAs/AlGaAs量子阱可以通过与普林斯顿大学的Loren Pfeiffer 和Ken West 以及普度大学的Michael Manfra教授合作提供。

基于GaAs/AlGaAs异质结构的分子束外延（MBE）生长技术为高迁移率二维电子气的多体物理研究提供了良好的平台。本项目主要的研究课题是探索二维电子系统远离平衡条件下的电子态以及拓扑物态的量子输运。微波诱导的电阻振荡（MIRO）及其零电阻态（ZRS）是微波下的非平衡态的一个重要标志。.在本研究项目中，我们运用表面声波（SAW）、量子电容（Cq）等多种测量手段研究MIRO/ZRS等非平衡态与拓扑量子态，并探索其内在物理机制。（1）运用表面声波研究微波下的量子振荡，观察到零电阻态的声速变量出现极大值，从而印证在零电阻的复杂电流畴结构。（2）通过透射电场的研究成功观察到MIRO的压缩率信号，发现在零电阻附近的量子电容的反常升高，该现象可能源于电子的非马尔科夫特性，即电子的量子记忆特性。（3）低频率微波下的电阻振荡与MIRO的现象显著不同，该现象可以解释为ac信号引起的霍尔电场电阻振荡 (HIRO)；并证明此振荡等价于量子隧穿模型的多光子过程（低频极限）。由此量子隧穿模型可以将两种非平衡现象统一起来。（4）发现了微波下外尔费米子光电压信号强烈的量子振荡，并合理解释了该增强效应。（5）利用低温强磁场合作研究了新型浅层AlN/GaN二维电子气，在该系统首次观察到三个电子子带占据。.此外，我们还发展了低温和矢量磁场下的微波（光电）和表面声波、量子电容等尖端的测量技术。