Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells

Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells

We report on beating appearance in Shubnikov–de Haas oscillations in conduction band of 18–22 nm HgTe quantum wells under applied top-gate voltage. Analysis of the beatings reveals two electron concentrations at the Fermi level arising due to Rashba-like spin splitting of the first conduction subb...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2019
Автори: Dobretsova, A.A., Kvon, Z.D., Krishtopenko, S.S., Mikhailov, N.N., Dvoretsky, S.A.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2019
Назва видання:Физика низких температур
Теми:
Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018)
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/175794
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells / A.A. Dobretsova, Z.D. Kvon, S.S. Krishtopenko, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 2. — С. 185-191. — Бібліогр.: 34 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-175794
record_format dspace
spelling irk-123456789-1757942021-02-03T01:29:31Z Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells Dobretsova, A.A. Kvon, Z.D. Krishtopenko, S.S. Mikhailov, N.N. Dvoretsky, S.A. Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018) We report on beating appearance in Shubnikov–de Haas oscillations in conduction band of 18–22 nm HgTe quantum wells under applied top-gate voltage. Analysis of the beatings reveals two electron concentrations at the Fermi level arising due to Rashba-like spin splitting of the first conduction subband H₁. The difference ΔNs in two concentrations as a function of the gate voltage is qualitatively explained by a proposed toy electrostatic model involving the surface states localized at quantum well interfaces. Experimental values of ΔNs are also in a good quantitative agreement with self-consistent calculations of Poisson and Schrödinger equations with eightband k p⋅ Hamiltonian. Our results clearly demonstrate that the large spin splitting of the first conduction subband is caused by surface nature of H₁ states hybridized with the heavy-hole band. Виявлено появу биття в осциляціях Шубнікова–де Гааза в зоні провідності HgTe квантової ями завтовшки 18–22 нм при прикладенні верхньої затворної напруги. Аналіз биття вказує на два типи електронів з різними концентраціями на рівні Фермі, що виникають внаслідок рашба-подібного спінового розщеплення першої підзони провідності H₁. Різниця двох концентрацій ΔNs як функція затворної напруги якісно пояснюється запропонованою спрощеною електростатичною моделлю поверхневих станів, локалізованих на гетерограниці квантових ям. Експериментальні значення ΔNs також знаходяться в хорошій кількісній згоді з самоузгодженими розрахунками рівнянь Пуассона та Шредінгера для восьмизонного k · p гамільтоніана. Отримані результати наочно демонструють, що велике спінове розщеплення першої підзони провідності обумовлено поверхневою природою станів H₁, гібридизованих із зоною важких дірок. Обнаружено появление биений в осцилляциях Шубникова–де Гааза в зоне проводимости HgTe квантовой ямы толщиной 18–22 нм при приложении верхнего затворного напряжения. Анализ биений указывает на два типа электронов с различными концентрациями на уровне Ферми, возникающих вследствие рашба-подобного спинового расщепления первой подзоны проводимости H₁. Разность двух концентраций ΔNs как функция затворного напряжения качественно объясняется предложенной упрощенной электростатической моделью поверхностных состояний, локализованных на гетерограницах квантовых ям. Экспериментальные значения ΔNs также находятся в хорошем количественном согласии с самосогласованными расчетами уравнений Пуассона и Шредингера для восьмизонного k · p гамильтониана. Полученные результаты наглядно демонстрируют, что большое спиновое расщепление первой подзоны проводимости обусловлено поверхностной природой состояний H₁, гибридизованных с зоной тяжелых дырок 2019 Article Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells / A.A. Dobretsova, Z.D. Kvon, S.S. Krishtopenko, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 2. — С. 185-191. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. 0132-6414 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/175794 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018)
Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018)
spellingShingle Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018)
Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018)
Dobretsova, A.A.
Kvon, Z.D.
Krishtopenko, S.S.
Mikhailov, N.N.
Dvoretsky, S.A.
Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
Физика низких температур
description We report on beating appearance in Shubnikov–de Haas oscillations in conduction band of 18–22 nm HgTe quantum wells under applied top-gate voltage. Analysis of the beatings reveals two electron concentrations at the Fermi level arising due to Rashba-like spin splitting of the first conduction subband H₁. The difference ΔNs in two concentrations as a function of the gate voltage is qualitatively explained by a proposed toy electrostatic model involving the surface states localized at quantum well interfaces. Experimental values of ΔNs are also in a good quantitative agreement with self-consistent calculations of Poisson and Schrödinger equations with eightband k p⋅ Hamiltonian. Our results clearly demonstrate that the large spin splitting of the first conduction subband is caused by surface nature of H₁ states hybridized with the heavy-hole band.
format Article
author Dobretsova, A.A.
Kvon, Z.D.
Krishtopenko, S.S.
Mikhailov, N.N.
Dvoretsky, S.A.
author_facet Dobretsova, A.A.
Kvon, Z.D.
Krishtopenko, S.S.
Mikhailov, N.N.
Dvoretsky, S.A.
author_sort Dobretsova, A.A.
title Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
title_short Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
title_full Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
title_fullStr Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
title_full_unstemmed Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells
title_sort spin splitting of surface states in hgte quantum wells
publisher Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate 2019
topic_facet Спеціальний випуск. «XXII Уральська міжнародна зимова школа з фізики напівпровідників» (20–23 лютого, 2018)
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/175794
citation_txt Spin splitting of surface states in HgTe quantum wells / A.A. Dobretsova, Z.D. Kvon, S.S. Krishtopenko, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky // Физика низких температур. — 2019. — Т. 45, № 2. — С. 185-191. — Бібліогр.: 34 назв. — рос.
series Физика низких температур
work_keys_str_mv AT dobretsovaaa spinsplittingofsurfacestatesinhgtequantumwells
AT kvonzd spinsplittingofsurfacestatesinhgtequantumwells
AT krishtopenkoss spinsplittingofsurfacestatesinhgtequantumwells
AT mikhailovnn spinsplittingofsurfacestatesinhgtequantumwells
AT dvoretskysa spinsplittingofsurfacestatesinhgtequantumwells
first_indexed 2023-10-18T22:39:50Z
last_indexed 2023-10-18T22:39:50Z
_version_ 1796156110211645440

Схожі ресурси