en fr Spin splitting in the quantum Hall regime Levée de dégénérescence de spin dans le régime Hall quantique Report as inadecuate




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1 LCMI-GHMFL - Laboratoire des champs magnétiques intenses

Abstract : Spin splitting in the integer quantum Hall effect is investigated for a series of AlGaAs-GaAs heterojunctions and quantum wells. Magnetoresistance measurements are performed at mK temperature to characterize the electronic density of states and estimate the strength of manybody interactions. The exchange interaction magnitude is found to be essentially controlled by the electron density, increasing smoothly with decreasing density in the range 1.10^11-1.10^12cm^-2. A simple model with no free parameters correctly predicts the magnetic field required to observe spin splitting, showing that the appearance of spin splitting is a result of a competition between the disorder induced energy cost of flipping spins and the exchange energy gain associated with the polarized state. In this model, the single particle Zeeman energy plays no role, so that the appearance of this quantum Hall ferromagnet in the highest occupied Landau level can also be thought of as a magnetic field induced Stoner transition. The case of non-zero Zeeman energy, adressed by introducing an additionnal in-plane magnetic field, can be described using the same model with no free parameters, confirming the validity of this approach.

Résumé : Ce travail porte sur l-étude de la levée de dégénérescence de spin dans le régime Hall quantique. Des mesures de magnétotransport à très basse température sont mises en oeuvre sur un ensemble d-hétérostructures AlGaAs-GaAs, afin de caractériser la densité d-états électronique sous champ magnétique et les interactions entre électrons. Les interactions d-échange se révèlent être principalement déterminées par la densité électronique, et deviennent de plus en plus importantes lorsque celle-ci diminue dans le domaine 1.10^11-1.10^12cm^-2. Un modèle simple sans paramètre d-ajustement prédit correctement le champ magnétique nécessaire pour observer la levée de dégénérescence de spin, démontrant que celle-ci est le résultat d-une compétition entre le coût de retournement des spins, induit par le désordre du système, et le gain d-énergie d-échange associé à l-état polarisé en spin. Dans ce modèle, l-énergie Zeeman ne joue aucun rôle, si bien que l-apparition de l-état polarisé en spin dans le plus haut niveau de Landau occupé peut être interprétée comme une transition de Stoner induite par le champ magnétique. Le cas d-une énergie Zeeman non-nulle, abordé en introduisant un champ magnétique supplémentaire dans le plan du gaz électronique bidimensionnel, peut également être décrit dans le cadre de ce modèle sans paramètre d-ajustement, confirmant la validité de l-approche initiale.

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Keywords : magnetotransport integer quantum Hall effect spin splitting exchange interactions spin susceptibility Stonertransition.

Mots-clés : transition de Stoner magneto-transport effet Hall quantique entier levée de dégénérescence de spin interactions d-échange susceptibilité de spin transition de Stoner.





Author: Benjamin Piot -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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