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Tesi etd-10102012-111207


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
ALIAJ, ILIRJAN
URN
etd-10102012-111207
Title
Evidence of inter-layer interaction in magneto-luminescence spectra of electron double layers
Struttura
FISICA
Corso di studi
FISICA
Commissione
relatore Prof. Pellegrini, Vittorio
Parole chiave
  • quantum Hall effect
  • electron double layer
  • magneto-photoluminescence
  • inter-layer correlations
Data inizio appello
25/10/2012;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Fin dalla sua scoperta nel 1980, l&#39;effetto Hall quantistico(QH) è diventato uno dei fenomeni più studiati nella fisica dello stato solido. La sua principale manifestazione sperimentale è la quantizzazione della resistività di Hall di un gas elettronico bidimensionale(layer), confinato in eterostrutture a semiconduttore, a bassa temperatura (T &lt; 4 K) e in presenza di forti campi magnetici perpendicolari (1 - 30 Tesla). Oltre a rappresentare una manifestazione macroscopica della meccanica quantistica, l&#39;effetto QH ed in particolare quello frazionario è importante in quanto dimostra il ruolo centrale svolto dalle interazioni Coulombiane. Quindi un layer in regime QH rappresenta un laboratorio in cui si possono studiare gli effetti delle correlazioni elettroniche e si può passare da un fluido correlato all&#39;altro, solo variando il campo magnetico. <br><br>Un sistema formato da due layer paralleli e vicini, si chiama bilayer. Esso è caratterizzato da un nuovo grado di libertà detto pseudospin, che identifica elettroni appartenenti ad uno o all&#39;altro layer, e il suo comportamento è governato da due nuove scale di energia : il tunneling gap e l&#39;interazione Coulombiana interlayer. Fenomeni senza analogie nei singoli layer sono stati osservati in esperimenti di trasporto sui bilayer in regime QH. I più notevoli sono l&#39;esistenza di uno stato QH con fattore totale di riempimento nu = 1/2 e con nu = 1. Entrambi questi stati sono dovuti alle correlazioni elettroniche interlayer. Inoltre lo stato QH con nu = 1 viene descritto come un ferromagnete di pseudospin, oppure come un condensato BCS-like di eccitoni interlayer, con proprietà notevoli quali l&#39;esistenza di un modo di Goldstone e di supercorrenti eccitoniche. Le misure di trasporto portano evidenze convincenti di queste proprietà.<br><br>In questa tesi studiamo la magneto-luminescenza di bilayer accoppiati in regime QH, con l&#39;obiettivo di trovare evidenza delle correlazioni interlayer e delle proprietà peculiari degli stati QH. La motivazione sta nel fatto che la luminescenza è una tecnica relativamente semplice e diretta dal punto di vista sperimentale e inoltre fornisce informazioni complementari rispetto ai dati di trasporto. Ciò nonostante, fino ad oggi questa tecnica è stata impiegata marginalmente nello studio dei bilayer e anche i pochi lavori esistenti studiano campioni in regimi dove non valgono più le suddette proprietà. <br><br>Il lavoro sperimentale è stato svolto presso il laboratorio NEST di Pisa. Abbiamo misurato gli spettri di magneto-luminescenza di due campioni, uno con e l&#39;altro senza tunneling gap, al variare del campo magnetico nell&#39;intervallo 0 - 12 T. E stata studiata la dipendenza dell&#39;emissione ottica dalla temperatura e dalla lunghezza d&#39;onda di eccitazione del laser. Sono state condotte misure di luminescenza polarizzata (sia circolare destra che sinistra) al fine di identificare l&#39;origine fisica dei picchi e il ruolo dello spin. Misure ausiliari di trasporto sono state effettuate per individuare gli stati QH nei due campioni e verificare la loro evoluzione con la temperatura.<br><br>A causa di una peculiare cancellazione delle interazioni elettrone-elettrone con quelle elettrone-lacuna (quest&#39;ultima fotogenerata dal laser), gli effetti delle interazioni Coulombiane non si dovrebbero vedere per campi magnetici sopra una certa soglia, associata alla occupazione del livello di Landau più basso (nu = 2). Questo fenomeno che in letteratura prende il nome di hidden symmetry, si manifesta come un cambiamento improvviso dell&#39;andamento delle energie di luminescenza. Il fatto che questo si verifichi nei nostri campioni a un fattore di riempimento (nu = 4) doppio rispetto ai singoli layer, dimostra l&#39;incidenza del grado di libertà di pseudospin. Comunque tale simmetria non è esatta, come dimostrano i risultati che seguono. <br><br>In entrambi i campioni infatti osserviamo evidenze degli stati QH a nu = 2, 1 e 2/3, sotto forma di anomalie (minimi o massimi) nell&#39;intensità di emissione. Inoltre nel campione con tunneling gap finito, i dati indicano una perdita di polarizzazione di pseudospin negli stati nu = 1 e 2/3, evidenziando cosi il ruolo dell&#39;interazione interlayer. A nu = 1 il risultato è in accordo con esperimenti precedenti di diffusione anelastica di luce, mentre a nu = 2/3 rappresenta una novità. Infine nel campione con tunneling gap nullo, troviamo evidenza dello stato particolare a nu = 1/2.
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