電子空腔的磁電阻量測

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由上圖的Rxy量測，可以得到樣品的特徵常數參考值，圖 4-23 將Rxx改由對磁場倒數 1/B做圖，如圖 4-24，得到相鄰震盪波峰之間磁場倒數週期差，將Rxy低磁場部分做線性 擬合得到Rxy

樣品的特徵常數為：n

隨磁場線性變化的斜率，代入式(2.12)、(2.8)可以計算得到

s=1.374X10¹¹ (cm^-2 μ=1.563X10

)

6 (cm²/Vs)

0 1 2 3 4 5

0 1000 2000

RXX(Ω)

1/B(1/T)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

R(Ω)

B(T)

圖 4-24 (a)縱向磁阻Rxx

橫向磁阻R

與磁場倒數(1/B)關係圖，在低磁場部分觀察到明顯震盪。(b)

xy

的線性擬合，斜率為 5100 (Ω/Tesla)。

在低磁場變化關係圖(B<1T)，Δ(1/B)~24(1/T)，虛線是實驗數據

在得到二維電子氣樣品特徵值之後，接下來我們進行電子空腔縱向磁電阻的量測，

與在二維電子氣的縱向電阻量測方法相同，但是分別改變侷域電子空腔的不同電壓條 件，觀察在原本二維的電子海中加入一量子系統會有什麼影響。

首先，我們先確定在電子空腔系統中縱向磁電阻的量測對垂直磁場方向是不是具有 對稱性，垂直磁場方向的變化並不會改變樣品的特徵常數，在電子的傳輸中兩個磁場方 向會造成反向的羅倫茲力，改變電子的運動方向，但是不會對樣品的物理特徵常數產生 影響，圖 4-25 中以零磁場為對稱軸可以發現到縱向磁電阻對磁場方向改變沒有影響，

垂直進入或離開樣品平面的磁場對量測結果並沒有造成差異。

圖 4-26 是Cavity2 分別改變Vtp與Vsg的組合，形成不同尺寸的電子空腔，進行縱向 磁電阻R_xx的量測，與只有二維電子氣訊號的磁電阻曲線相比較，可以發現兩者在低磁 場區域有相當類似的磁電阻曲線，在不同的閘極電壓Vsg下，在低磁場區域都發現有類 似SdH的震盪產生，如圖 4-27，利用這些震盪之間磁場週期倒數的關係可以求出在電子 空腔侷域之後局部的載子密度，如表 4-1 所示，在電子空腔侷域前後得到的結果都相當

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接近，都在 1.37ｘ10¹¹ (cm^-2)左右，因此改變電子空腔閘極電壓V_sg

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0 2 4 6 8 10 12 14

B(T) G(2e

²

/h)

並不會對局部載子密 度造成太大影響。

圖 4-25 Cavity2 ，電導值與磁場關係圖。V_sg= -350 mV，V_tp

T，實驗結果磁電導曲線以 B=0 T 為軸展現良好的對稱性。

= +0.1 V，磁場由-4 T ~ +4

0 1 2 3 4 5

0 4000 8000 12000 16000

R (Ω )

B(T)

R (Ω )

B(T)

0 1 2 3 4 5

0 2000 4000 6000 8000

R_XX,2DEG

Vtp=+0.1 V Vsg= -250 mV Vsg= -350 mV Vsg= -450 mV Vsg= -500 mV Vsg= -550 mV

圖 4-26 單純二維電子氣訊號與Cavity2 侷域後在不同V_sg、V_tp電壓條件下的R_xx 圖(已扣除R

比較

2DEG)。

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Vsg= -500mV Vsg=-550mV Vtp= -0.2V , Vsg= -75mV Vtp= -0.5V , Vsg=-125mV

G (2e

2

/h )

1/B(1/T)

Cavity2 ,R

_xx

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 的震盪出現，如圖 4-28 中在閘極電壓Vsg= -400,-450,-500mV的情況下，磁場B=3.5~5.0T 之間有周期性震盪產生，震盪週期約 90mT。在高磁場的情形下，電子會因受羅倫茲力 的影響進行迴轉運動(skipping orbit motion)，在腔體內碰撞腔壁後往腔體中心移動一段 距離又會迴轉朝向腔體，如此不斷沿著腔壁進行移動，因此電子由不同方向的進入腔體 後會分別沿著電子空腔上下半部移動，形成封閉迴路，兩路徑之間會因磁通量通過而產 生相位差，彼此互相干涉造成實驗上所觀察到的週期性震盪，，與Aharonov-Bohm effect 中產生干涉條件相符合，震盪週期與磁通量(電子空腔面積)成正比，因此利用電子空腔 在高磁場區域的Aharonov-Bohm oscillation，我們可以估計在這些閘極電壓條件下電子空 腔的面積大小。

2DEG Cavity2

Vsg(mV) -250 -350 -450 -500 -550 ns(cm^-2) 1.37X10¹¹ 1.39X10¹¹ 1.31X10¹¹ 1.41X10¹¹ 1.31X10¹¹ 1.35X10¹¹

在文檔中 低維度多組閘極侷域之電子系統的電性傳輸 (頁 68-71)