Unconventional Fractional Quantum Hall States in a Wide Quantum Well

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A bilayer electron system that is formed in a 60-nm-wide GaAs quantum well and has a large difference of the electron densities in the layers has been studied. It has been found that, when a magnetic field is tilted from the normal to the plane of the system, integer quantum Hall effect states at the filling factors of Landau levels of 1 and 2 disappear; instead, fractional quantum Hall effect states in the interval between these filling factors appear at the filling factors νF = 4/3, 10/7, and 6/5 with odd denominators and at the filling factor νF = 5/4. Several different states can be observed under the variation of the magnetic field. The detected fractional quantum Hall effect states are interpreted as combined states with the same filling factor 1 in the layer with the higher density and with the filling factors νF – 1 in the layer with the lower density. These states are formed because of the redistribution of electrons between the layers, which occurs under the variation of the magnetic field. The appearance of the state with the filling factor νF = 5/4 with the even denominator is presumably attributed to the dominance of the interlayer electron–electron interaction over the intralayer one for electrons in the layer with the lower density.

About the authors

S. I Dorozhkin

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Science

Email: dorozh@issp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow region, Russia

A. A Kapustin

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Science

Email: dorozh@issp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow region, Russia

I. B Fedorov

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Science

Email: dorozh@issp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow region, Russia

V. Umanskiy

Department of Physics, Weizmann Institute of Science

Email: dorozh@issp.ac.ru
76100, Rehovot, Israel

Yu. Kh Smet

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Author for correspondence.
Email: dorozh@issp.ac.ru
D-70569, Stuttgart, Germany

References

  1. G. S. Boebinger, H. W. Jiang, L. N. Pfei er, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 64, 1793 (1990).
  2. Y. W. Suen, J. Jo, M. B. Santos, L. W. Engel, S. W. Hwang, and M. Shayegan, Phys. Rev. B 44, 5947 (1991).
  3. J. I. A. Li, Q. Shi, Y. Zeng, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Hone, and C. R. Dean, Nat. Phys. 15, 898 (2019).
  4. X. Liu, Z. Hao, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. I. Halperin, and P. Kim, Nat. Phys. 15, 893 (2019).
  5. Y. W. Suen, L. W. Engel, M. B. Santos, M. Shayegan, and D. C. Tsui, Phys. Rev. Lett. 68, 1379 (1992).
  6. J. P. Eisenstein, G. S. Boebinger, L. N. Pfei er, K. W. West, and S. He, Phys. Rev. Lett. 68, 1383 (1992).
  7. D. R. Luhman, W. Pan, D. C. Tsui, L. N. Pfei er, K. W. Baldwin, and K. W. West, Phys. Rev. Lett. 101, 266804 (2008).
  8. J. Shabani, T. Gokmen, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 103, 046805 (2009)
  9. J. P. Eisenstein, Ann. Rev. Condens. Matter Phys. 5, 159 (2014).
  10. X. Liu, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. I. Halperin, and P. Kim, Nat. Phys. 13, 746 (2017).
  11. J. I. A. Li, T. Taniguchi, K. Watanabe, J. Hone and C. R. Dean, Nat. Phys. 13, 751 (2017).
  12. H. C. Manoharan, Y. W. Suen, T. S. Lay, M. B. Santos, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 79, 2722 (1997).
  13. Y. Liu, S. Hasdemir, J. Shabani, M. Shayegan, L. N. Pfei er, K. W. West, and K. W. Baldwin, Phys. Rev. B 92, 201101(R) (2015).
  14. S. I. Dorozhkin, A. A. Kapustin, I. B. Fedorov, V. Umansky, K. von Klitzing, and J. H. Smet, J. Appl. Phys. 123, 084301 (2018).
  15. S. I. Dorozhkin, A. A. Kapustin, I. B. Fedorov, V. Umansky, and J. H. Smet, Phys. Rev. B 102, 235307 (2020).
  16. A. Sawada, Z. F. Ezawa, H. Ohno, Y. Horikoshi, A. Urayama, Y. Ohno, S. Kishimoto, F. Matsukura, and N. Kumada, Phys. Rev. B 59, 14 888 (1999).
  17. T. P. Smith, B. B. Goldberg, P. J. Stiles, and M. Heiblum, Phys. Rev. B 32, 2696(R) (1985).
  18. S. V. Kravchenko, V. M. Pudalov, and S. G. Semenchinsky, Phys. Lett. A 141, 71 (1989).
  19. С. И. Дорожкин, А. А. Шашкин, Н. Б. Житенев, В. Т. Долгополов, Письма в ЖЭТФ 44, 189 (1986).
  20. A. R. Champagne, A. D. K. Finck, J. P. Eisenstein, L. N. Pfei er, and K. W. West, Phys. Rev. B 78, 205310 (2008).
  21. H. Deng, Y. Liu, I. Jo, L. N. Pfei er, K. W. West, K. W. Baldwin, and M. Shayegan, Phys. Rev. B 96, 081102(R) (2017).
  22. А. А. Капустин, С. И. Дорожкин, И. Б. Федоров, В. Уманский, Ю. Х. Смет, Письма в ЖЭТФ 110, 407 (2019).
  23. G. A. Bara and D. C. Tsui, Phys. Rev. B 24, 2274 (1981).
  24. С. И. Дорожкин, Письма в ЖЭТФ 103, 578 (2016).
  25. J. Hu and A. H. MacDonald, Phys. Rev. B 46, 12554 (1992).
  26. K. Yang, K. Moon, L. Zheng, A. H. MacDonald, S. M. Girvin, D. Yoshioka, and S.-C. Zhangs, Phys. Rev. Lett. 72, 732 (1994).
  27. C. B. Hanna, A. H. MacDonald, and S. M. Girvin, Phys. Rev. B 63, 125305 (2001).
  28. M. A. Mueed, D. Kamburov, L. N. Pfei er, K. W. West, K. W. Baldwin, and M. Shayegan, Phys. Rev. Lett. 117, 246801 (2016).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

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».