31、新型系统中量子环的电子、磁和光学性质

新型系统中量子环的电子、磁和光学性质

1. 引言

近年来，对量子受限纳米结构（如量子点和量子环）的电子和光学性质的研究取得了重大进展，揭示了许多新现象。这些纳米结构在器件应用方面具有巨大潜力，吸引了大量的研究活动。其中，量子环因其独特的双连通几何结构而备受关注，其特殊的拓扑结构带来了丰富的物理现象。

在小半导体量子环中观察到的 Aharonov - Bohm（AB）振荡和持续电流，以及近年来实现的仅含少数电子的量子环，使得量子环成为实验和理论研究的热门话题。量子环在太赫兹探测器、高效太阳能电池、存储设备、电控光阀和单光子发射器等广泛应用中显示出巨大潜力。

过去，纳米级量子环的研究主要集中在传统半导体材料，如 GaAs 或 InAs 异质结构。然而，近年来开发了许多具有不寻常电子性质的新型系统，其中量子环结构展现出了各种有趣的物理现象。

2. ZnO 界面的平面电子

近年来，在涉及绝缘复合氧化物的异质结构中，高迁移率二维电子气（2DEG）的创建取得了令人兴奋的进展。在通过分子束外延生长的 MgZnO/ZnO 异质结构中观察到了分数量子霍尔效应（FQHE），电子迁移率超过 180,000 cm² V⁻¹ s⁻¹。

与传统半导体不同，这些系统中的电子具有强相关性，会表现出从强电子关联、磁性、界面超导性到可调金属 - 绝缘体转变等一系列效应，还有望实现全氧化物电子器件。在 MgZnO/ZnO 异质结中发现的分数量子霍尔态有许多令人惊讶的结果，例如观察到了 ν = 4/3、5/3 和 8/3 等奇分母分数量子霍尔态，以及 ν = 3/2 和 7/2 等偶分母态，但 GaAs 系统中最突出的 ν = 5/2 态在 ZnO 系统中