12、方形和十字结器件的弹道输运特性研究

方形和十字结器件的弹道输运特性研究

1. 弹道区域的结特性

当材料的平均自由程小于方形或十字结的特征尺寸时，即使是具有圆形费米面的材料，器件也会进入弹道区域。在这个区域中，霍尔电阻和弯曲电阻的行为与欧姆区域有显著不同。20世纪80年代，人们首次在低温半导体二维电子气中实现了这种弹道区域的器件，此后，相关研究扩展到了多种材料和温度范围。

1.1 弯曲电压

• 早期研究 ：一些早期研究进行了弯曲电压测量，测量采用了特定的接触配置，如R12,43和R23,14。最初在介观区域进行的弯曲电压测量是由Timp等人在具有多个接触的GaAs - AlGaAs异质结构中完成的，后来其他结构和超纯材料（如InSb、HgTe和石墨烯）也进行了类似研究。
• 实验现象 ：在方形和十字结以及所有研究材料中，弯曲电压在定性上相似，但与欧姆行为有明显偏差。以在1.5K下测量的GaAs - AlGaAs方形结为例，在欧姆区域，零场电压应为正且磁阻可忽略不计，但在弹道区域，零场电压为负，在中等磁场下会出现一个与尺寸相关的峰值（通常称为“过冲”），然后在高磁场下趋近于零。随着器件尺寸减小，负峰值的幅度增大，峰值出现在更高的磁场下。
• 物理解释 ：这种现象最终被确定为半经典的。由于器件中散射较少，在零场时，从负电流接触发射的电子主要沿方形对角线到达正电压端子，导致测量电压为负。这些轨迹被称为准直轨迹，可分为直接（无散射）和间接（因进入其他接触困难）两种。与之相反的是混乱轨迹，当准直作用较弱时，混乱轨迹占主导，涉及多次边界散射，电子在混乱轨迹上最终进