Классическое Магнетосопротивление Двухкомпонентной Системы, Обусловленное Термоэлектрическими Эффектами

Abstract

Изучен магнетотранспорт в двумерной двухкомпонентной системе, состоящей из электронов и дырок с одинаковыми концентрациями. Из классического кинетического уравнения выведены уравнения баланса, описывающие перенос носителей и тепла. С помощью решения уравнений баланса для образца в форме длинной полосы рассчитаны распределения концентраций и температур носителей, а также плотности электрического тока. В достаточно большом магнитном поле вблизи краев образца формируются области повышенных и пониженных концентраций, температур и потоков носителей, что приводит к нетривиальному положительному магнетосопротивлению. DOI: 10.21883/FTP.2017.06.44560.8474 1. Введение В последние 10 лет были обнаружены новые неожи-данные явления в магнетотранспорте двумерных (2D) электронов. В работах [1-4] в полупроводниковых кван-товых ямах самого высокого качества наблюдалось ги-гантское отрицательное магнетосопротивление. Прило-жение радиочастотного поля к таким образцам приводи-ло к осцилляционной зависимости фотосопротивления от магнитного поля в неквантующих магнитных полях (см., например, обзор [5]). В графене и топологических изоляторах было обнаружено линейное магнетосопро-тивление в широком интервале классически больших магнитных полей, возникающее при равенстве концен-траций электронов и дырок [6][7][8][9][10][11][12][13][14].В теории транспортных явлений в полупроводниковых структурах часто предполагается, что неоднородность распределения потоков частиц по образцу несуществен-на и связь между экспериментально наблюдаемыми величинами токов и напряжений описывается объемным тензором проводимости. Для его расчета используется квантовое или классическое кинетическое уравнение, не содержащее зависимости функции распределения частиц от пространственных координат [5,[15][16][17]. Например, в работах [18-21] были изучены механизмы отрицательно-го магнетосопротивления и осциллирующей фотопрово-димости 2D электронов, обусловленные немарковскими корреляциями (эффектами памяти) при классическом рассеянии электронов на дефектах большого радиуса.Однако при высоком качестве образца, когда длины релаксации сравнимы с размером образца, приложение внешнего электрического поля может приводить к фор-мированию неоднородных распределений концентраций, температур и потоков частиц. В этом случае ток через образец определяется не только непосредственным дей-ствием электрического и магнитного полей на движение частиц, но и формированием диффузионных потоков частиц, пропорциональных градиентам концентраций, температур и(или) потоков носителей.В работах [22,23] был изучен магнетотранспорт в двухкомпонентной системе при одинаковых концентра-циях электронов и дырок (так называемая точка электро-нейтральности). Было показано, что в длинном образце за счет процессов рекомбинации и диффузии в магнит-ном и электрическом полях кроме продольных потоков частиц могут возникать также поперечные потоки. В до-статочно сильном магнитном поле вблизи краев образца формируются области, в которых потоки направлены преимущественно вдоль краев. Это приводит к линейной з...