Dokument: Semiclassical Electron Magnetotransport in Two-Dimensional Lorentz Gases
| Titel: | Semiclassical Electron Magnetotransport in Two-Dimensional Lorentz Gases | |||||||
| Weiterer Titel: | Semiklassischer Elektronenmagnetotransport in zweidimensionalen Lorentzgasen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54328 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20201001-103808-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | M.Sc. Horn-Cosfeld, Beate [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Heinzel, Thomas [Gutachter] Prof. Dr. Horbach, Jürgen [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | This thesis focuses on classical electron transport in two dimensions. The electrons move in a plane
and scatter elastically at intentionally implemented obstacles, which are equal in size and randomly distributed. Such a system is called a two-dimensional Lorentz gas. The two-dimensional plane in which electrons move ballistically at helium temperatures is formed at the heterostructure of GaAs/AlxGa1−xAs. Lorentz gas obstacles are realized by etching into the crystal plane. A magnetic field bends the electron trajectories on an orbit, thereby changing the voltage drop along the sample. This allows for the deduction of different electron transport effects in a two-dimensional Lorentz gas. The first three chapters outline fundamental concepts. The experimental results obtained in this work are presented in four further chapters: Chapter 3 investigates two-dimensional high-density Lorentz gases comprising obstacles with the shape of retroreflective crosses. This shape favors the memory effect of “retroreflection.” The results are compared with prior works on two-dimensional Lorentz gases formed by circular obstacles. Both systems share a conductivity maximum in themagnetotransport caused by guided transport along the Lorentz gas contour. Only for retroreflecting Lorentz gases, an additional maximum occurs at low magnetic fields. This marks the breaking of retroreflection by the reduced cyclotron radius and is a signature of anomalous diffusion, which was confirmed throughmolecular dynamics simulations. In Chapter 4, the influence of dynamic and static background scattering on themagnetotransport of circular Lorentz gases is investigated. At low magnetic fields, dynamic scattering caused by phonons increases the conductivity, whereas static scattering caused by a secondary Lorentz gas of reduced density and obstacle size decreases it. At elevated magnetic fields, the type of background scattering does not influence the conductivity modulation. In Chapter 5, the magnetoresistance of the unstructured two-dimensional electron gas is investigated with regard to the "giant negative magnetoresistance". This consists of two maxima. According to recent publications, the inner maximum is explained by a dilute two-dimensional Lorentz gas formed by growth-related defects. This was confirmed by characterization of the magnetoresistance of low-density Lorentz gases. Finally, Chapter 6 describes how two-dimensional Lorentz gases were brought out of equilibrium by different influences. In particular, it is shown that electromagnetic radiation in the terahertz spectrum causes acoustic phonon-induced resistance oscillations.Moreover, Hall- and microwave-induced resistance oscillations were measured on Lorentz gas samples.Die vorliegende Arbeit befasst sichmit dem klassischen Elektronentransport in zwei Dimensionen. Die Elektronen bewegen sich in einer Ebene und streuen elastisch an künstlichen, zufällig verteilten Streuzentren gleicher Form. Ein solches System nennt man zweidimensionales Lorentzgas. Die zweidimensionale Ebene, in der sich Elektronen bei Helium-Temperatur ballistisch bewegen formt sich an der Heterostruktur von modulationsdotiertem GaAs/AlxGa1−xAs. Die Lorentzgas-Streuer werden durch Ätzen in die Kristalloberfläche realisiert. Ein Magnetfeld zwingt die Elektronen auf Kreisbahnen, wodurch der Spannungsabfall entlang der Probe verändert wird. Dies erlaubt es auf verschiedene Transporteffekte des zweidimensionalen Lorentzgases Rückschlüsse zu ziehen. Die Streuerpositionen sind statisch, sodass die Streuung der Elektronen korreliert ist, was zu sogenannten Memoryeffekten führt und der Elektronentransport stark von den Vorhersagen des Drude-Boltzmann- Modells abweicht. In den ersten drei Kapiteln werden fundamentale Konzepte umrissen. Die in dieser Arbeit erzielten experimentellen Ergebnisse werden in vier weiteren Kapiteln vorgestellt: Kapitel drei untersucht zweidimensionale Lorentzgase retroreflektierender Kreuze hoher Dichte. Diese Formbegünstigt denMemoryeffekt der „Retroreflektion“. Die Ergebnisse werden mit vorherigen Arbeiten an kreisförmigen Streuern verglichen. Gemeinsam ist ein Leitfähigkeitsmaximum im Magnetotransport, verursacht durch zielgerichteten Transport entlang der Lorentzgaskontur. Nur bei retroreflektierenden Lorentzgasen tritt bei niedrigenMagnetfeldern ein zusätzlichesMaximum auf. Dieses markiert das Aufbrechen der Retroreflektion durch den reduzierten Zyklotronradius und ist eine Signatur anormaler Diffusion, was inmolekular dynamischen Simulationen bestätigt wurde. Imvierten Kapitel der Arbeit, wurde der Einfluss dynamischer und statischer Hintergrundstreuung auf denMagnetotransport kreisförmiger Lorentzgase untersucht. Bei niedrigenMagnetfeldern erhöht dynamische Streuung, verursacht durch Phononen, die Leitfähigkeit. Statische Streuung wird durch ein sekundäres Lorentzgas niedrigerer Dichte und Streuergröße verursacht und erniedrigt die Leitfähigkeit. Bei höherenMagnetfeldern hat die Art der Hintergrundstreuung keinen Einfluss auf die Leitfähigkeitsmodulation. Imfünften Kapitel wird derMagnetowiderstand des unstrukturierten zweidimensionalen Elektronengases in Hinblick auf den „giant negative magnetoresistance“ untersucht. Dieser besteht aus zwei Maxima. Das innereMaximum wird nach jüngerer Literatur durch ein dünnes zweidimensionales Lorentzgas erklärt, gebildet durch probenwachstumsbedingte Defekte. Die Charakterisierung des Magnetowiderstandes niederdichter Lorentzgase bestätigt dies. Zuletzt wurden zweidimensionale Lorentzgase durch verschiedene Einflüsse aus dem Gleichgewicht gebracht. Unteranderem konnte gezeigt werden, dass elektromagnetische Bestrahlung im Terahertz- BereichWiderstandsoszillationen induziert welche durch akustische Phononen hervorgerufen werden. Darüber hinaus wurden Hall-induzierte undMikrowelleninduzierteWiderstandsoszillationen an Lorentzgasen vermessen. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Physik der kondensierten Materie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.10.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 01.10.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.03.2020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 27.09.2020 |
