Zweidimensionale Elektronengase unter starken senkrechten Magnetfeldern und Temperaturen von einigen Milli-Kelvin bilden infolge der starken Wechselwirkung untereinander bemerkenswerte kollektive Zustände aus. In dieser Dissertation wurden zwei dieser exotischen Phänomene untersucht: 1. die elektronischen flüssig-kristallinen Phasen, bei teilgefüllten, höherzahligen Landau Niveaus, 2. der Spin-Phasenübergang, bei Füllfaktor 2/3.
Die korrelierten Phasen bei höheren Füllfaktoren, die eine wiederkehrende ganzzahlige Hall-Quantisierung zeigen wurden mittels DC-Transportmessungen unter Nichtgleichgewichtsbedingungen untersucht. Bei diesen Experimenten konnten wir beobachten, dass der Gleichstrom eine stabilisierende Wirkung auf die Ausrichtung der anisotropen Phase bei halbem Füllfaktor hat, sofern Strom- und Vorzugsrichtung von vorneherein übereinstimmen, anderenfalls kommt es zu einer Ausrichtung der Vorzugsrichtung entlang der Stromrichtung. Bei Füllfaktoren von 1/4 induziert der Gleichstrom ein anisotropes Transportverhalten, was für die "stripe order" zu erwarten ist. Diese auftretende anisotrope Phase zeigte ferner eine durch den Anregungsstrom induzierbare Neuorientierung. Während Stromrichtung und Vorzugsrichtung bei kleinen Anregungsströmen noch orthogonal zueinander ausgerichtet sind, kommt es bei einer Erhöhung des Stromes zu einer Parallelisierung beider Richtungen.
Unter Verwendung von Einzelelektronentransistoren wurde der Spin-Phasenübergang bei ν=2/3 untersucht. Aus der Messung der lokalen Elektronen-Kompressibilität konnte die Entwicklung der lokalisierten Zustände über den Spin-Phasenübergang der 1. Ordnung hinweg nachvollzogen werden. Die Spektren der lokalisierten Zustände zeigen deutlich das Hystereseverhalten während des Phasenüberganges, als Folge der Ausbildung von Domänen mit unterschiedlicher Spin-Polarisation. Die effektive Probengröße konnte durch Gatter variiert werden. Dabei wurde beobachtet, dass die Hysterese im Submicrometer-Bereich verschwindet,was eine Domänengröße von mehr als 500μm bedeutet.
Electrons confined to two dimensions, cooled down to millikelvin temperatures and subjected to a strong perpendicular magnetic field form some of the most remarkable collective states of matter. In this dissertation, we have carried out local probe and transport studies on collective phenomena associated with two of these exotic states induced by strongly interacting electrons. The collective phenomena studied are: (a) The electronic liquid-crystal phases that emerge in partially filled high Landau levels, (b) The spin phase transition that occurs at filling factor 2/3.
The correlated phases in high Landau levels, which are responsible for reentrant integer Hall quantization and anisotropic transport, were studied in transport under non-equilibrium conditions by imposing a dc current drive. In these studies, we have observed that the dc drive has a stabilizing influence on the orientation of the anisotropic phase at half-filling if dc-drive and easy direction coincide, while the easy-direction of conduction is rotated to point along the direction of the dc-current otherwise. At quarter fillings, the dc drive induces anisotropic transport behavior consistent with stripe order. Furthermore, we have observed that this emergent anisotropic phase also undergoes a current induced reordering. Initially, dc-drive and easy direction are perpendicular, but with increasing drive they align.
Using a single-electron transistor, we studied the spin phase transition at filling 2/3. In these studies, we were able to follow the evolution of localized states across the first-order spin transition by measuring the local electronic compressibility. Localized-state spectra reveal the hysteretic behaviour accompanying the transition. This hysteresis is due to the formation of domains of different spin polarization. Using electrostatic gating we varied the size of the sample undergoing the phase transition. For submicrometer dimensions the hysteresis disappears, indicating domain sizes in excess of 500 μm.