MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.3
■1001  ▼aThekke  Madathil,  Pranav.
■24510▼aLocalization  and  Interaction  in  Ultra-High-Quality  Two-Dimensional  Electron  Systems
■260    ▼a[Sl]▼bPrinceton  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a112  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Shayegan,  Mansour.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Princeton  University,  2024.
■520    ▼aInteraction  and  localization  are  two  fundamental  pillars  in  understanding  the  physics  of  solid-state  systems.  In  quantum  Hall  systems,  through  the  application  of  a  strong  magnetic  field,  the  kinetic  energy  of  the  electrons  can  be  quenched  sufficiently  so  that  the  dominant  energy  scale  is  the  Coulomb  repulsion  between  electrons.  The  strong  electron-electron  correlations  lead  to  exotic  physics  such  as  a  many-body  liquid  phase,  called  the  fractional  quantum  Hall  state  (FQHS)  and  many-body  solid  phase,  namely  the  Wigner  crystal  (WC).  However,  the  inherent  disorder  in  the  material  deters  the  development  of  such  novel  states  and  leads  to  deviations  from  ideal  behavior.  Recent  improvements  in  molecular  beam  epitaxy  have  enabled  the  growth  of  extremely  pure,  ultra-high-quality  GaAs  crystals.This  PhD  thesis  deals  with  the  interplay  of  interaction  and  disorder  in  GaAs  two-dimensional  electron  systems,  particularly  in  the  limit  of  very  low  disorder.  Following  a  general  introduction  in  Chapter  1,  in  Chapter  2,  we  discuss  localization  and  interaction  in  the  context  of  a  strongly-correlated  liquid  phase,  namely  the  FQHS.  In  twodimensional,  quantum  Hall  systems,  extensive  studies  of  disorder-induced  localization  have  led  to  the  emergence  of  a  scaling  picture  with  a  single  extended  state,  characterized  by  a  power-law  divergence  of  the  localization  length  in  the  zero-temperature  limit.  We  report  scaling  measurements  in  the  FQHS  regime  where  interaction  plays  a  dominant  role.  Our  study  is  partly  motivated  by  recent  calculations,  based  on  the  composite  fermion  theory,  that  suggest  identical  critical  exponents  (κ)  in  both  integer  QHS  (IQHS)  and  FQHS  cases  to  the  extent  that  the  interaction  between  composite  fermions  is  negligible.  We  find  that  κ  varies  for  transitions  between  different  FQHSs  observed  on  the  flanks  of  Landau  level  filling  factor  ν  =  1/2,  and  has  a  value  close  to  that  reported  for  the  IQHS  transitions  only  for  a  limited  number  of  transitions  between  high-order  FQHSs  with  intermediate  strength.  We  discuss  possible  origins  of  the  non-universal  κ  observed  in  our  experiments,  namely,  interactions  and  disorder.Next,  we  present  the  physics  of  localization  and  interaction  in  the  WC  phase,  a  strongly  correlated  solid.  Chapter  3  discusses  the  role  of  interactions  in  the  context  of  extremely-low-disorder  WC  phase.  The  nature  of  the  disorderless,  exotic,  many-body,  quantum  WC  phase  is  yet  to  be  fully  understood  and  experimentally  revealed  since  one  of  WC's  most  fundamental  parameters,  namely  the  energy  gap  that  determines  its  low-temperature  conductivity  has  been  plagued  by  the  disorder  in  the  system.  In  our  ultra-high-quality  samples,  the  WC  domains  are  extremely  large  containing  ≃  1000  electrons.  The  measured  gaps  are  a  factor  of  three  larger  than  previously  reported  for  lower  quality  samples,  and  agree  remarkably  well  with  values  predicted  for  the  lowest-energy,  intrinsic,  hyper-correlated  bubble  defects  in  a  WC  made  of  flux-electron  composite  fermions,  rather  than  bare  electrons.  The  agreement  is  particularly  noteworthy,  given  that  the  calculations  are  done  for  disorder-free  composite  fermion  WCs,  and  there  are  no  adjustable  parameters.  The  results  reflect  the  exceptionally  high  quality  of  the  samples,  and  suggest  that  composite  fermion  WCs  are  indeed  more  stable  compared  to  their  electron  counterparts.Finally  in  Chapter  4,  we  discuss  the  relevance  of  disorder  in  the  physics  of  ultrahigh-quality  WC.  This  manifests  in  non-linear  current-voltage  (I-V)  and  noise  characteristics  of  the  WC,  with  current  thresholds  delineating  three  distinct  phases  of  the  WC:  a  pinned  phase  (P1)  with  very  low  noise,  a  second  phase  (P2)  in  which  dV/dI  fluctuates  between  positive  and  negative  values  and  is  accompanied  by  very  high  noise,  and  a  third  phase  (P3)  where  dV/dI  is  nearly  constant  and  small,  and  noise  is  about  an  order  of  magnitude  lower  than  in  P2.  In  the  depinned  (P2  and  P3)  phases,  the  noise  spectrum  also  reveals  well-defined  peaks  at  frequencies  that  vary  linearly  with  the  applied  current,  suggestive  of  washboard  frequencies.  We  discuss  the  data  in  light  of  a  recent  theory  that  proposes  different  dynamic  phases  for  a  driven  WC.
■590    ▼aSchool  code:  0181.
■650  4▼aElectrical  engineering
■650  4▼aApplied  physics
■650  4▼aMaterials  science
■653    ▼aWigner  crystal
■653    ▼aKinetic  energy
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■653    ▼aFermion  theory
■653    ▼aCoulomb  repulsion
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■690    ▼a0794
■690    ▼a0215
■71020▼aPrinceton  University▼bElectrical  and  Computer  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-12B.
■790    ▼a0181
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17161731▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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