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SdH震荡理论:

2022/07/15246 作者:佚名
导读:假设一个二维电子气体被限制在一个具有宽度和边缘的样品中。在磁通量密度B存在的情况下,系统的能量特征值用朗道能级表示。如图1所示,这些能级在垂直方向等距。每个能级在样品内部基本上是平的(见图1)。在样品的边缘,功函数向上弯曲。 图1显示了费米能量EF位于两个朗道能级之间。当能带穿过费米能级EF时,它们中的电子就会变得可移动。由于费米能级EF位于两个朗道能级之间,电子的散射只发生在向上弯曲的样品边缘,

假设一个二维电子气体被限制在一个具有宽度和边缘的样品中。在磁通量密度B存在的情况下,系统的能量特征值用朗道能级表示。如图1所示,这些能级在垂直方向等距。每个能级在样品内部基本上是平的(见图1)。在样品的边缘,功函数向上弯曲。

图1 图1显示了费米能量EF位于两个朗道能级之间。当能带穿过费米能级EF时,它们中的电子就会变得可移动。由于费米能级EF位于两个朗道能级之间,电子的散射只发生在向上弯曲的样品边缘,相对应的电子态通常被称为边缘通道。

该样品中电子的输运可以用Landauer-Buttiker公式来描述,该公式可以用来计算在1 ≤mn电极之间的净电流。在它的简化公式中,电极m的净电流Im用化学势μm可以表示为:

(1)

其中e为电子电荷,h为普朗克常数,i为边通道数。矩阵Tml表示带负电荷的粒子(如电子)从一个电极l ≠m到另一个电极m的概率。公式1中的静电流Im由通向电极m的电流和从m点到其它l ≠m点的电流组成。电流等于电极m处的电压μm⁄e乘以每一个边缘通道的的霍尔电导2e⁄h

图2展示了一个有四个电极的样品。为了使电流在样品中流动,我们在电极1和4之间施加一个电压,然后在电极2和3之间测量电压。那么假设电子首先离开电极1,然后从电极1运动到电极2,从电极2运动到电极3,从电极3运动到电极4,最后再从电极4回到电极1。从电极1到电极2的负电荷(即电子)将会形成从电极2到电极1的电流,同理,从电极2到电极3的电子将会形成从电极3到电极2的电流,其它的类似。假设没有电子沿着更远的路径输运过来,那么理想电极电子输运的可能为:

图2

有了以上这些概率以后,通过四个电极的电流I1...I4,以及它们的化学势µ1...µ4,之间的方程可以写作:

电极2与电极3之间的电压可以被测量得到,理想的电压测试不包含从电表里面流过的电流,因此I2=I3=0,

所以,µ2µ3的电势和它们各自的电压µ2/e,µ3/e使相同的,由于电极2和电极3之间没有电压降,电极2和电极3之间的电流I1会发生零电阻率RSdH

电极2和电极3之间的电阻率为零是电子仅在样品的边缘通道中移动的结果。当朗道能级接近费米能量EF时,情况就会有所不同。当电子能带接近费米能级EF时,这个能带中的任何电子都会变得自由移动。因此,电子之间的散射会导致RSdH >0。换句话说,对于费米能级附近的朗道能级,上述方法得到的电阻率为零。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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