Kurzfassung
In dieser Arbeit werden ungeordnete zweidimensionale Elektronensysteme in modulationsdotierten
GaAs/GaAlAs-Heterostrukturen mit Magnetotransport-Experimenten untersucht.
Die Unordung wird durch eine gezielt eingebrachte δ-Dotierschicht mit negativ geladenen
Beryllium-Akzeptoren hervorgerufen.
Im Bereich kleiner Magnetfelder wird ein stark negativer Magnetowiderstand beobachtet, der auf eine magnetfeldinduzierte Delokalisierung zurückzuführen ist. In höheren Magnetfeldern zeigen sich im Quanten-Hall-Effekt breite Hall-Plateaus, deren Zentren zu höheren Magnetfeldern, d.h. kleineren Füllfaktoren, verschoben sind. Diese Verschiebung kann mit einer asymmetrischen Zustandsdichte erklärt werden. Dementsprechend findet der übergang in den isolierenden Zustand der 'quantum Hall droplets' in hohen Magnetfeldern bei kritischen Füllfaktoren in der Nähe von νc=0.4 statt, d.h. deutlich unterhalb des Werts 1/2, der für symmetrische Unordnungspotentiale erwartet wird. Der Isolatorübergang ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der longitudinale als auch der Hall-Widerstand divergieren. Das widerspricht anderen Experimenten, die im isolierenden Bereich einen endlichen Hall-Widerstand messen, und wurde bisher noch nicht beobachtet. Nach neueren theoretischen Untersuchungen deutet das Divergieren des Hall-Widerstandes auf quantenkohärenten Transport durch Tunneln zwischen 'quantum Hall droplets' hin.
Die Experimente werden durch Simulationen von Potentiallandschaften für zufällige und korrelierte Verteilungen von repulsiven Streuern ergänzt, die eine Bestimmung von kritischen Füllfaktoren für den Perkolationsübergang, Zustandsdichten und Oszillatorstärken ermöglichen. Diese Simulationen zeigen, daß für die starke Verschiebung der Hall-Plateaus und die beobachteten kritischen Füllfaktoren für den Isolatorübergang in hohen Magnetfeldern eine asymmetrische Zustandsdichte erforderlich ist, die nur durch eine korrelierte Beryllium-Verteilung erzeugt werden kann. Messungen der Zyklotronresonanz an den gleichen Proben deuten ebenfalls auf die Möglichkeit von Korrelationen zwischen den Beryllium-Ionen hin.
In this work intentionally disordered two-dimensional electron systems in modulation doped GaAs/GaAlAs heterostructures are studied by magnetotransport experiments. The disorder is provided by a δ-doped layer of negatively charged beryllium acceptors.
In low magnetic fields a strong negative magnetoresistance is observed that can be ascribed to a magnetic-field-induced delocalization. At increased magnetic fields the quantum Hall effect exhibits broad Hall plateaus whose centers are shifted to higher magnetic fields, i.e. lower filling factors. This shift can be explained by an asymmetric density of states. Consistently, the transition into the insulating state of quantum Hall droplets in high magnetic fields occurs at critical filling factors around νc=0.4, i.e. well below the value 1/2 that is expected for symmetric disorder potentials. The insulator transition is characterized by the divergence of both the longitudinal resistance as well as the Hall resistance. This is contrary to other experiments which observe a finite Hall resistance in the insulating regime and has not been observed previously. According to recent theoretical studies the divergence of the Hall resistance points to quantum coherent transport via tunneling between quantum Hall droplets.
The magnetotransport experiments are supplemented by simulations of potential landscapes for random and correlated distributions of repulsive scatterers, which enable the determination of percolation thresholds, densities of states, and oscillator strengths. These simulations reveal that the strong shift of the Hall plateaus and the observed critical filling factor for the insulator transition in high magnetic fields require an asymmetric density of states that can only be generated by a strongly correlated beryllium distribution. Measurements of the cyclotron resonance on the same samples also indicate the possibility of correlations between the beryllium acceptors.