rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Détection résistive de RMN dans les états Hall quantiques
Chercheur : Guillaume Gervais
Collaborateurs : H.L. Stormer (Alcatel-Lucent Technologies et U. Columbia, USA); L.N. Pfeiffer et K. West (Alcatel-Lucent Technologies, USA)
Étudiant : Cory Dean
Contact : Guillaume Gervais; gervais@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~hedbergj/labpage/home.htm
Des études de résonance magnétique nucléaire détectée de manière résistive (RMNDR) ont été
effectuées à l’aide de systèmes d’électrons en deux dimensions GaAs/AlGaAs dans le régime de
l’effet Hall quantique. Aux niveaux Landau les plus élevés, l’application d’un champ FR à la fréquence
de résonance nucléaire coïncide avec un minimum dans la magnétorésistance, tel que prédit par
le modèle des interactions hyperfines. Cependant, près de n =1, une ligne de forme anormalement
« dispersive » est observée; elle dépendrait de l’interrelation entre plusieurs paramètres. Nos résultats
indiquent de plus que le minimum et maximum de cette forme dispersive résulteraient de deux
mécanismes distincts.
La RMNDR est une technique très puissante pour étudier l’effet
Hall quantique entier et fractionnaire dans des systèmes
électroniques en 2D. Quoiqu’elle permette d’étudier une vaste
gamme de phénomènes à plusieurs corps, certaines caractéristiques
du signal demeurent inexpliquées. Dans cette technique,
une irradiation FR à la fréquence de résonance nucléaire
est appliquée sur l’échantillon, détruisant la polarisation
nucléaire. Puisque le spin nucléaire se couple aux électrons
via l’interaction hyperfine, des variations dans la polarisation
nucléaire peuvent être observées dans le transport d’électrons
(résistance). Ce couplage entre le spin nucléaire et électronique
permet de sonder directement l’état de spin électronique,
et ce, avec une sensibilité supérieure à celle des techniques
RMN standard.
Cependant, alors que l’image simple de l’interaction hyperfine
prédit une réponse comportant un seul minimum de la résistance
mesurée, une ligne de forme anormalement dispersive
est observée à proximité de l’état Hall quantique n =1, où le
minimum est suivi d’un maximum secondaire à une fréquence
légèrement supérieure. L’étude du signal à proximité de n =1 a
montré que la forme anormale de la ligne dépend de l’interrelation
entre certains paramètres tels le facteur de remplissage,
la température électronique et les paramètres du champ FR
appliqué (Figure 1). De plus, l’application d’un fort débalancement
de courant DC cause une inversion complète du signal
(Figure 2), de manière similaire à une inversion corrélée à la
Figure 2. Évolution (inversion) de la forme de la ligne RMNDR avec le débalancement
de courant DC.
Figure 1. Variation de la forme de la ligne RMNDR avec (a) le facteur de remplissage,
(b) la température de l’échantillon, (c) la puissance du champ FR appliqué.
température. La position du signal inversé observé ici ne coïncide
cependant pas avec celle du minimum initial, mais est
plutôt déplacée vers le bas. Ce déplacement, ajouté à l’évolution
à partir d’un seul minimum vers une forme dispersive,
puis vers un seul maximum, suggère que l’inversion n’est pas
une simple inversion corrélée à la température, mais plutôt le
résultat d’un processus plus complexe. Ce résultat suggère
que les signaux minimums et maximums seraient causés par
deux mécanismes distincts. Cette recherche est supportée par
le CRSNG, la fondation Alfred P. Sloan et le RQMP.
Références
• “Resistively Detected NMR in Quantum Hall States: Investigation of the anomalous
line shape near n = 1”, C.R. Dean, B.A. Piot, L.N. Pfeiffer, K.W. West et G. Gervais,
Physica E 40, 990 (2008).
• “Evidence for Skyrmion Crystallization from NMR Relaxation Experiments”,
G. Gervais, H.L. Stormer, D.C. Tsui et coll,
Phys. Rev. Lett. 94, 196803 (2005).
59 | RQMP | projets