TUNNELLING BETWEEN EDGE STATES OF A QUANTUM HALL SYSTEM

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La proprietà caratteristica dell’effetto Hall quantistico e l'azzeramento della resistenza longitudinale. Questo fenomeno deriva dal fatto che in un sistema elettronico bidimensionale confinato in un'eterostruttura ed in presenza di un campo magnetico sufficientemente intenso, la conduzione avviene solo attraverso canali unidimensionali propagantisi ai bordi fisici del campione (si parla di stati di edge di una barra Hall): la probabilita di scattering tra tali canali posti a distanza macroscopica e trascurabile. In questa tesi l'obiettivo invece e proprio lo studio di tali fenomeni di scattering, ovvero lo studio del tunnelling fra stati di edge. Questi stati sono infatti uno strumento prezioso per investigare le proprieta dei sistemi elettronici unidimensionali ed in particolare la loro natura non di liquidi di Fermi, ma di liquidi di Luttinger chirali. Per consentire un tunnelling significativo e controllato la barra Hall e stata sottoposta ad ulteriori passi di fabbricazione basati su litografia elettronica, allo scopo di definire dei nanogate che determinano una strozzatura submicrometrica nel sistema bidimensionale. Questi gate opportunamente polarizzati consentono un avvicinamento controllato degli stati di edge stessi. La motivazione per questo lavoro nasce da una controversia presente in letteratura sull’interpretazione di dati sperimentali apparsi nel 2003 e 2004. Il tunnelling fra gli stati di edge, infatti, dipende, oltre che dalla loro vicinanza, dalla relazione tra campo magnetico applicato e densita elettronica. Queste due grandezze determinano il numero dei livelli di Landau popolati del sistema elettronico bidimensionale studiato ed il loro grado di occupazione. Nel caso di campi magnetici molto intensi, quando solo una frazione del primo livello di Landau e riempita, ci troviamo nel regime Hall frazionario ed e qui che emergono le caratteristiche pi, esotiche degli stati di edge. Per interpretare i dati del 2003/2004 bisogna pero introdurre alcuni ulteriori elementi rispetto al quadro finora delineato. Un gruppo di ricerca suggerisce che bisogna considerare l'interazione coulombiana fra punti diversi di un edge: aggirando il nanogate un edge si trova per un tratto relativamente lungo ripiegato su due canali adiacenti. Le interazione risultanti influenzerebbero intimamente gli stati stessi e le conseguenti proprieta di tunnelling osservate. Un altro gruppo ha enfatizzato invece la complessa struttura degli stati lungo il perimetro del campione (questo fenomeno prende il nome di ricostruzione dell’edge). Solo alcuni di questi stati verrebbero selezionati nella stretta apertura del gate e dominerebbero quindi il tunnelling nella zona della costrizione, indipendentemente dalle proprieta degli stati del bulk bidimensionale. L'obiettivo di questa tesi e stato, quindi, quello di effettuare ulteriori misure a temperature criogeniche, che, a differenza di quelle presenti in letteratura, consentissero di discriminare tra le interpretazioni proposte. Per questo sono state appositamente nanofabbricate delle strutture sia con caratteristiche analoghe a quello delle misure in letteratura ,che sono state cos`ı riprodotte, sia con geometria tale da rendere trascurabili le interazioni intraedge a cavallo del nanogate. Il risultato di questa tesi fornisce i dati necessari per escludere una delle due ipotesi.