Magnetoresistance of a HgTe/CdHgTe Double Quantum Well in an In-Plane Magnetic Field

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A magnetic field parallel to the layers of a double quantum well with conventional semiconductor constituents
leads to a relative shift of the conduction band spectra of the constituent layers along the wave vector perpendicular
to the field. If the states of the layers are tunnel-coupled, a tunneling gap is formed at the intersection
of the single-layer spectra and is shifted upward with increasing field. This leads to striking features in the
magnetoresistance caused by intersections of the Fermi level with the edges of the tunneling gap. Similar
studies of transformations of the spectrum of the double quantum well in a HgTe/CdHgTe heterosystem,
which has a p-type conductivity and HgTe layers with a gapless inverse energy spectrum, are reported in this
work. Our experiments and corresponding calculations in the eight-band kp approach indicate that the evolution
of the magnetoresistance with the variation of the in-plane field here has a much more complex and
diverse character depending qualitatively on the thickness of the layers.

About the authors

M. V. Yakunin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yakunin@imp.uran.ru
Yekaterinburg, 620219 Russia

V. Ya. Aleshkin

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: yakunin@imp.uran.ru
Afonino village, Nizhny Novgorod region, 603087 Russia

V. N. Neverov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yakunin@imp.uran.ru
Yekaterinburg, 620219 Russia

M. R. Popov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yakunin@imp.uran.ru
Yekaterinburg, 620219 Russia

N. N. Mikhaylov

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yakunin@imp.uran.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

S. A. Dvoretskiy

Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: yakunin@imp.uran.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

References

  1. G. M. Minkov, O. E.Rut, A. V. Germanenko, A. A. Sherstobitov, B. N. Zvonkov, V. I. Shashkin, O. I. Khrykin, and D. O. Filatov, Phys. Rev. B 70, 035304 (2004).
  2. G. M. Minkov, A. V. Germanenko, O. E.Rut, A. A. Sherstobitov, L. E. Golub, B. N. Zvonkov, and M. Willander, Phys. Rev. B 70, 155323 (2004).
  3. М. В. Якунин, Г. А. Альшанский, Ю. Г. Арапов, В. Н. Неверов, Г. И. Харус, Н. Г. Шелушинина, О. А. Кузнецов, А. де Виссер, Л. Пономаренко, ФТТ 47, 50 (2005).
  4. M. V. Yakunin, A. V. Suslov, M. R. Popov, E. G. Novik, S. A. Dvoretsky, and N. N. Mikhailov, Phys. Rev. B 93, 085308 (2016).
  5. G. M. Gusev, Z. D. Kvon, O. A. Shegai, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretsky, and J. C. Portal, Phys. Rev. B 84, 121302 (2011).
  6. G. M. Gusev, E. B. Olshanetsky, Z. D. Kvon, O. E. Raichev, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, Phys. Rev. B 88, 195305 (2013).
  7. T. Khouri, S. Pezzini, M. Bendias, P. Leubner, U. Zeitler, N. E. Hussey, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, M. Titov, and S. Wiedmann, Phys. Rev. B 99, 075303 (2019).
  8. J. Hu and A. H. MacDonald, Phys. Rev. B 46, 12554 (1992).
  9. М. В. Якунин, Г. А. Альшанский, Ю. Г. Арапов, В. Н. Неверов, Г. И. Харус, Н. Г. Шелушинина, Б. Н. Звонков, Е. А. Ускова, А. де Виссер, Л. Пономаренко, ФТП 39, 118 (2005).
  10. T. Jungwirth, T. S. Lay, L. Smrˇcka, and M. Shayegan, Phys. Rev. B 56, 1029 (1997).
  11. З. Д. Квон, Е. Б. Ольшанецкий, Д. А. Козлов, Н. Н. Михайлов, С. А. Дворецкий, Письма в ЖЭТФ 87, 588 (2008).
  12. М. В. Якунин, В. Я. Алешкин, С. М. Подгорных, В. Н. Неверов, М. Р. Попов, Н. Н. Михайлов, С. А. Дворецкий, Письма в ЖЭТФ 116, 378 (2022).
  13. M. Konig, H. Buhmann, L. W. Molenkamp, T. Hughes, Ch.-X. Liu, X.-L. Qi, and Sh.-Ch. Zhang, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 031007 (2008).
  14. М. В. Якунин, С. С. Криштопенко, С. М. Подгорных, М. Р. Попов, В. Н. Неверов, Н. Н. Михайлов, С. А. Дворецкий, Письма в ЖЭТФ 104, 415 (2016).
  15. M. V. Yakunin, S. S. Krishtopenko, W. Desrat, S. M. Podgornykh, M. R. Popov, V. N. Neverov, S. A. Dvoretsky, N. N. Mikhailov, F. Teppe, and B. Jouault, Phys. Rev. B 102, 165305 (2020).
  16. А. В. Иконников, С. С. Криштопенко, Л. С. Бовкун, Н. Н. Михайлов, С. А. Дворецкий, Б. А. Пио, М. Потемски, М. Орлита, Ф. Тепп, В. И. Гавриленко, Письма в ЖЭТФ 116, 535 (2022).
  17. M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).
  18. E. Y. Ma, M. R. Calvo, J. Wang et al. (Collaboration), Nat.Commun. 6, 7252 (2015).
  19. S. S. Krishtopenko, Sci. Rep. 11, 21060 (2021).
  20. S. S. Krishtopenko, W. Knap, and F. Teppe, Sci. Rep. 06, 30755 (2016).
  21. E. G. Novik, A. Pfeu er-Jeschke, T. Jungwirth, V. Latussek, C. R. Becker, G. Landwehr, H. Buhmann, and L. W. Molenkamp, Phys. Rev. B 72, 035321 (2005).
  22. O. E. Raichev, Phys. Rev. B 85, 045310 (2012).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук