TRONG HALL EFFECT NONLINEARITY IN MACROSCOPICALLY MODULATED TWO-DIMENSIONAL SYSTEM

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We study experimentally the low-temperature conductive properties of double-gate two dimensional array of islands in metal-oxide-semiconductor structure. The system appears to be a highly tunable two- dimensional metamaterial with diffusive transport and macroscopic modulation. In particular, we reveal several effects in magnetic field and gate voltages dependencies of the Hall coefficient, and Shubnikov-de Haas oscillations. In moderate magnetic fields 1T, the Hall effect carrier density demonstrates seemingly counterintuitive nonmonotonic behavior as function of gate voltage. This behavior, however, can be qualitatively described by mean-field approach for effective media. In small magnetic fields the strongest unexpected temperature- and gate-dependent Hall effect nonlinearity emerges, that can not be described by mean-field effective media theory. We argue that this effect can be related to weak-localization phenomena and current redistribution in inhomogeneous media. In the quantized magnetic field an unusual splitting of Shubnikov-de Haas resistivity minimum is observed. Our observation should stimulate studies of tunable modulated two-dimensional systems.

About the authors

A. V. Shupletsov

P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS

Email: husderbec@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

M. S. Nunuparov

Qmodule lab

Email: husderbec@mail.ru
Russian Federation, 125493, Moscow

K. E. Prikhod'ko

National Research Center Kurchatov Institute; National Research Nuclear University MEPhI

Email: husderbec@mail.ru
Russian Federation, 123182, Moscow; 115409, Moscow

A. Yu. Kuntsevich

P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS

Author for correspondence.
Email: husderbec@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

References

  1. D. Weiss, M. L. Roukes, A. Menschig et al., Phys. Rev. Lett. 66, 2790 (1991).
  2. D. Weiss, K. Richter, A. Menschig et al., Phys. Rev. Lett. 70, 4118 (1993).
  3. D. A. Kozlov, Z. D. Kvon, A. E. Plotnikov et al., JETP Lett. 89, 80 (2009).
  4. K. Tsukagoshi, S. Wakayama, K. Oto et al., Phys. Rev. B 52, 8344 (1995).
  5. A. Dorn, Th. Ihn, K. Ensslin et al., Phys. Rev. B 70, 205306 (2004).
  6. G. M. Minkov, A. A. Sherstobitov, A. V. Germanenko, and O. E. Rut, Phys. Rev. B 78, 195319 (2008).
  7. N. E. Staley, N. Ray, M. A. Kastner et al., Phys. Rev. B 90, 195443 (2014).
  8. S. Goswami, M. A. Aamir, C. Siegert et al., Phys. Rev. B 85, 075427 (2012).
  9. V. A. Tkachenko, O. A. Tkachenko, G. M. Minkov, and A. A. Sherstobitov, JETP Lett. 104, 473 (2016).
  10. F. Nihey, S. W. Hwang and K. Nakamura, Phys. Rev. B 51, 4649 (1995).
  11. Y. Iye, M. Ueki, A. Endo, and S. Katsumoto, J. Phys. Soc. Jpn. 73, 3370 (2004).
  12. R. Yagi, M. Shimomura, F. Tahara et al., J. Phys. Soc. Jpn. 81, 063707 (2012).
  13. Zh. Han, A. Allain, H. Arjmandi-Tash et al., Nat. Phys. 10, 380 (2014).
  14. H. Maier, J. Ziegler, R. Fischer et al., Nat. Comm. 8, 2023 (2017).
  15. C. R. Dean, L. Wang, P. Maher et al., Nature 497, 598 (2013).
  16. Y. Cao, V. Fatemi, A. Demir et al., Nature 556, 80 (2018).
  17. Y. Cao, V. Fatemi, Sh. Fang et al., Nature 556, 43 (2018).
  18. A. Yu. Kuntsevich, A. V. Shupletsov, and M. S. Nunuparov, Phys. Rev. B 93, 205407 (2016).
  19. M. L. Roukes, A. Scherer, S. J. Allen et al., Phys. Rev. Lett. 59, 3011 (1987).
  20. S. de Haan, A. Lorke, R. Hennig et al., Phys. Rev. B 60, 8845 (1999).
  21. R. H. Bube, App. Phys. Lett. 13, 136 (1968).
  22. J. Heleskivi and T. Salo, J. Appl. Phys. 43, 740 (1972).
  23. C. J. Adkins, J. Phys. C: Sol. St. Phys. 12, 3389 (1979).
  24. A. Yu. Kuntsevich, A. V. Shupletsov, and A. L. Rakhmanov, Phys. Rev. B 102, 155426 (2020).
  25. B. Sanvee, J. Schluck, M. Cerchez et al., Phys. Rev. B 108, 035301 (2023).
  26. B. Abeles, P. Sheng, M. D. Coutts, and Y. Arie, Adv. in Phys. 24, 407 (1975).
  27. Ts. Ando, A. B. Fowler, and F. Stern, Rev. Mod. Phys. 54, 437 (1982).
  28. Л. Д. Ландау, Л. П. Питаевский, Е. М. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред, Физматлит, Москва (1992).
  29. А. П. Виноградов, Электродинамика композитных материалов, URSS, Москва (2001).
  30. A. Yu. Kuntsevich, L. A. Morgun, and V. M. Pudalov, Phys. Rev. B 87, 205406 (2013).
  31. C. W. Beenakker and H. van Houten, Phys. Rev. Lett. 63, 1857 (1989).
  32. H. Fukuyama, J. Phys. Soc. Jpn. 49, 644 (1980).
  33. B. L. Altshuler, D. Khmel’nitzkii, A. I. Larkin, and P. A. Lee, Phys. Rev. B 22, 5142 (1980).
  34. M. Rahimi, S. Anissimova, M. R. Sakr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 116402 (2003).
  35. G. M. Minkov, A. V. Germanenko, and I. V. Gornyi, Phys. Rev. B 70, 245423 (2004).
  36. A. Isihara and L. Smrcka, J. Phys. C: Sol. St. Phys. 19, 6777 (1986).
  37. M. M. Parish and P. B. Littlewood, Nature 426, 162 (2003).
  38. V. M. Pudalov, JETP Lett. 116, 456 (2022)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».