Simultaneous Observation of the Cyclotron Resonances of Electrons and Holes in a HgTe/CdHgTe Double Quantum Well under “Optical Gate” Effect

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Spectral studies of the photoconductivity in the temperature range of T = 5–70 K, as well as studies of the magneto-absorption and magnetotransport at T = 4.2 K, have been performed in a HgTe/CdHgTe heterostructure with a double quantum well under an “optical gate” effect. Studies of magneto-absorption spectra under the controlled optical exposure have made it possible to observe absorption lines caused by both the cyclotron resonances of electrons and holes simultaneously. The coexistence of electrons and holes in the HgTe/CdHgTe double quantum well with a relatively large bandgap (~80 meV) indicates the appearance of a strongly inhomogeneous light-induced distribution of charge carriers in the plane of the structure. Experimental results obtained clearly demonstrate disadvantages of the control of the Fermi level positions in heterostructures with HgTe/CdHgTe quantum wells by means of the optical gate.

About the authors

L. S. Bovkun

Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, CNRS-UGA-EMFL-UPS-INSA; Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: antikon@physics.msu.ru
FR-38042, Grenoble, France; 603950, Nizhny Novgorod, Russia

S. S. Krishtopenko

Laboratoire Charles Coulomb, UMR CNRS 5221, Université de Montpellier; Faculty of Physics, Moscow State University

Email: antikon@physics.msu.ru
34095, Montpellier, France; 119991, Moscow, Russia

V. Ya. Aleshkin

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: antikon@physics.msu.ru
603950, Nizhny Novgorod, Russia

N. N. Mikhaylov

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

Email: antikon@physics.msu.ru
630090, Novosibirsk, Russia

S. A. Dvoretskiy

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

Email: antikon@physics.msu.ru
630090, Novosibirsk, Russia

F. Tepp

Laboratoire Charles Coulomb, UMR CNRS 5221, Université de Montpellier

Email: antikon@physics.msu.ru
34095, Montpellier, France

M. Orlita

Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, CNRS-UGA-EMFL-UPS-INSA

Email: antikon@physics.msu.ru
FR-38042, Grenoble, France

V. I. Gavrilenko

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: antikon@physics.msu.ru
603950, Nizhny Novgorod, Russia

A. V. Ikonnikov

Faculty of Physics, Moscow State University

Author for correspondence.
Email: antikon@physics.msu.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. L.G. Gerchikov and A. Subashiev, Phys. Status Solidi B 160, 443 (1990).
  2. B.A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.C. Zhang, Science 314, 1757 (2006).
  3. S. S. Krishtopenko, I. Yahniuk, D.B. But, V. I. Gavrilenko, W. Knap, and F. Teppe, Phys. Rev. B 94, 245402 (2016).
  4. B. Buttner, C.X. Liu, G. Tkachov, E.G. Novik, C. Brune, H. Buhmann, E.M. Hankiewicz, P. Recher, B. Trauzettel, S.C. Zhang, and L.W. Molenkamp, Nat. Phys. 7, 418 (2011).
  5. З.Д. Квон, С.Н. Данилов, Д.А. Козлов, К. Цот, Н.Н. Михайлов, С.А. Дворецкий, С.Д. Ганичев, Письма в ЖЭТФ 94, 895 (2011).
  6. M. Zholudev, F. Teppe, M. Orlita et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 86, 205420 (2012).
  7. J. Ludwig, Yu.B. Vasilyev, N.N. Mikhailov, J.M. Poumirol, Z. Jiang, O. Vafek, and D. Smirnov, Phys. Rev. B 89, 241406(R) (2014).
  8. V. Dziom, A. Shuvaev, N.N. Mikhailov, and A. Pimenov, 2D Mater. 4, 024005 (2017).
  9. M. Marcinkiewicz, S. Ruffenach, S. S. Krishtopenko et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 96, 035405 (2017).
  10. A. Shuvaev, V. Dziom, J. Gospodariˇc E.G. Novik, A.A. Dobretsova, N.N. Mikhailov, Z.D. Kvon, and A. Pimenov, Nanomaterials 12, 2492 (2022).
  11. M. K¨onig, S. Wiedmann, C. Br¨une, A. Roth, H. Buhmann, L.W. Molenkamp, X. L.Qi, and S.C. Zhang, Science 318, 766 (2007).
  12. A. Roth, C. Br¨une, H. Buhmann, L.W. Molenkamp, J. Maciejko, X.L. Qi, and S.C. Zhang, Science 325, 294 (2009).
  13. E.B. Olshanetsky, Z.D. Kvon, G.M. Gusev, A.D. Levin, O.E. Raichev, N.N. Mikhailov, and S.A. Dvoretsky, Phys. Rev. Lett. 114, 126802 (2015).
  14. З.Д. Квон, Е.Б. Ольшанецкий, Д.А. Козлов, Н.Н. Михайлов, С.А. Дворецкий, Письма в ЖЭТФ 87, 588 (2008).
  15. M. S. Zholudev, A.V. Ikonnikov, F. Teppe, M. Orlita, K.V. Maremyanin, K.E. Spirin, V. I. Gavrilenko, W. Knap, S.A. Dvoretskiy, and N.N. Mihailov, Nanoscale Res. Lett 7, 534 (2012).
  16. А.А. Грешнов, Ю.Б. Васильев, Н.Н. Михайлов, Г.Ю. Васильева, Д. Смирнов, Письма в ЖЭТФ 97, 108 (2013).
  17. J. Gospodariˇc, A. Shuvaev, N.N. Mikhailov, Z.D. Kvon, E.G. Novik, and A. Pimenov, Phys. Rev. B 104, 115307 (2021).
  18. C. Br¨une, C.X. Liu, E.G. Novik, E.M. Hankiewicz, H. Buhmann, Y.L. Chen, X. L. Qi, Z.X. Shen, S.C. Zhang, and L.W. Molenkamp, Phys. Rev. Lett. 106, 126803 (2011).
  19. D.A. Kozlov, Z.D. Kvon, E.B. Olshanetsky, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky, and D. Weiss, Phys. Rev. Lett. 112, 196801 (2014).
  20. S. S. Krishtopenko, W. Knap, and F. Teppe, Sci. Rep. 6, 30755 (2016).
  21. S. S. Krishtopenko, Sci. Rep. 11, 21060 (2021).
  22. M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).
  23. G.M. Gusev, E.B. Olshanetsky, F.G.G. Hernandez, O.E. Raichev, N.N. Mikhailov, and S.A. Dvoretsky, Phys. Rev. B 101, 241302(R) (2020).
  24. G.M. Gusev, E.B. Olshanetsky, F.G.G. Hernandez, O.E. Raichev, N.N. Mikhailov, and S.A. Dvoretsky, Phys. Rev. B 103, 035302 (2021).
  25. 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).
  26. К.Е. Спирин, Д.М. Гапонова, К.В. Маремьянин, В. В. Румянцев, В.И. Гавриленко, Н.Н. Михайлов, С.А. Дворецкий, Физика и техника полупроводников 52, 1482 (2018).
  27. I. Nikolaev, A. Kazakov, K. Drozdov, M. Bannikov, K. Spirin, R. Menshchikov, S. Dvoretsky, N. Mikhailov, D. Khokhlov, and A. Ikonnikov, J. Appl. Phys. 132, 234301 (2022).
  28. M.K. Sotnichuk, A. S. Kazakov, I.D. Nikolaev, K.A. Drozdov, R.V. Menshchikov, S.A. Dvoretsky, N.N. Mikhailov, D.R. Khokhlov, and A.V. Ikonnikov, Photonics 10, 877 (2023).
  29. A. L. Yeats, Y. Pan, A. Richardella, P. J. Mintun, N. Samarth, and D.D. Awschalom, Sci. Adv. 1, e1500640 (2015).
  30. И.Д. Николаев, Т.А. Уаман Светикова, В.В. Румянцев, М.С. Жолудев, Д.В. Козлов, С.В. Морозов, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, В.И. Гавриленко, А.В. Иконников, Письма в ЖЭТФ 111, 682 (2020).
  31. C. Zoth, P. Olbrich, P. Vierling, K.-M. Dantscher, V.V. Bel'kov, M.A. Semina, M.M. Glazov, L.E. Golub, D.A. Kozlov, Z.D. Kvon, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky, and S.D. Ganichev, Phys. Rev. B 90, 205415 (2014).
  32. A. Kastalsky and J.C.M. Hwang, Solid State Commun. 51, 317 (1984).
  33. L.C. Tsai, C. F. Huang, J.C. Fan, Y.H. Chang, and Y. F. Chen, J. Appl. Phys. 84, 877 (1998).
  34. W.C. Wang, L.C. Tsai, J.C. Fan, and Y. F. Chen, J. Appl. Phys. 86, 3152 (1999).
  35. A. S. Chaves and H. Chacham, Appl. Phys. Lett. 66, 727 (1995).
  36. В.Я. Алшкин, В.И. Гавриленко, Д.М. Гапонова, А.В. Иконников, К.В. Маремьянин, С. В. Морозов, Ю. Г. Садофьев, S.R. Johnson, and Y.H. Zhang, Физика и техника полупроводников 39, 30 (2005).
  37. К.Е. Спирин, К.П. Калинин, С.С. Криштопенко, К.В. Маремьянин, В.И. Гавриленко, Ю. Г. Садофьев, Физика и техника полупроводников 46, 1424 (2012).
  38. Л.С. Бовкун, С.С. Криштопенко, А.В. Иконников, В.Я. Алешкин, А.М. Кадыков, S. Ruffenach, C. Consejo, F. Teppe, W. Knap, M. Orlita, B. Piot, M. Potemski, Н.Н. Михайлов, С.А. Дворецкий, В.И. Гавриленко, Физика и техника полупроводников 50, 1554 (2016).
  39. M. Schultz, U. Merkt, A. Sonntag, U. Rossler, R. Winkler, T. Colin, P. Helgesen, T. Skauli, and S. Løvold, Phys. Rev. B 57, 14772 (1998).
  40. А.В. Иконников, М.С. Жолудев, К.В. Маремьянин, К.Е. Спирин, A.A. Ластовкин, В.И. Гавриленко, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, Письма в ЖЭТФ 95, 452 (2012).
  41. L. S. Bovkun, A.V. Ikonnikov, V.Ya. Aleshkin, K.V. Maremyanin, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskii, S. S. Krishtopenko, F. Teppe, B.A. Piot, M. Potemski, M. Orlita, and V. I. Gavrilenko, Opto-Electronics Review 27, 213 (2019).
  42. L. S. Bovkun, A.V. Ikonnikov, V.Ya. Aleshkin, K.E. Spirin, V. I. Gavrilenko, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskii, F. Teppe, B.A. Piot, M. Potemski, and M. Orlita, J. Phys. Condens. Matter 31, 145501 (2019).
  43. A.V. Ikonnikov, S. S. Krishtopenko, O. Drachenko et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 94, 155421 (2016).
  44. Л.С. Бовкун, А.В. Иконников, В.Я. Алешкин, С.С. Криштопенко, Н.Н. Михайлов, С.А. Дворецкий, М. Потемски, Б. Пио, М. Орлита, В.И. Гавриленко, Письма в ЖЭТФ 108, 352 (2018).
  45. М.С. Жолудев, Ф. Теп, С. В. Морозов, М. Орлита, К. Консейо, С. Руфенах, В. Кнап, В.И. Гавриленко, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, Письма в ЖЭТФ 100, 895 (2014).
  46. A.V. Ikonnikov, M. S. Zholudev, K.E. Spirin et al. (Collaboration), Semicond. Sci. Technol. 26, 125011 (2011).
  47. В. В. Румянцев, А.В. Иконников, А.В. Антонов, С. В. Морозов, М.С. Жолудев, К.Е. Спирин, В.И. Гавриленко, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, Физика и техника полупроводников 47, 1446 (2013).
  48. А.В. Иконников, Л.С. Бовкун, В.В. Румянцев, С.С. Криштопенко, В.Я. Алешкин, А.М. Кадыков, M. Orlita, M. Potemski, В.И. Гавриленко, С. В. Морозов, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, Физика и техника полупроводников 51, 1588, (2017).
  49. S. Dvoretsky, N. Mikhailov, Y. Sidorov, V. Shvets, S. Danilov, B. Wittman, and S. Ganichev, J. Electron. Mater. 39, 918 (2010).
  50. N.N. Mikhailov, R.N. Smirnov, S.A. Dvoretsky, Y.G. Sidorov, V.A. Shvets, E.V. Spesivtsev, and S.V. Rykhlitski, Int. J. Nanotechnol. 3, 120 (2006).
  51. S. Brosig, K. Ensslin, R. J. Warburton, C. Nguyen, B. Brar, M. Thomas, and H. Kroemer, Phys. Rev. B 60, R13989(R) (1999).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук