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Coulomb effects in magnetotransport of a nondegenerate two-dimensional electron system

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2004

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Teske, Ekkehard

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Coulombeffekte im Magnetotransport eines nichtentarteteten zweidimensionalen Elektronensystems
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

Oberflächenelektronen auf flüssigem Helium (OE) bilden ein zweidimensionales Elektronensystem in dem die Coulomb-Wechselwirkung ungewöhnlich stark werden kann. Die Untersuchung von Quanten-Magnetotransport in diesem System ist von allgemeinem Interesse für das Verständnis des quantenmechanischen Vielteilchenproblems. Ferner ist es wegen der sehr reinen Umgebung von OE möglich, genaue quantitative Vergleiche zwischen experimentellen Ergebnissen und Ab-Initio-Rechnungen durchzuführen.

Diese Dissertation stellt ausführliche Messungen der Zyklotronresonanz (ZR) und Gleichstrom-Magnetoleitfähigkeit von OE vor, sowohl im linearen wie im nichtlinearen Bereich. Insbesondere stellt sie die erste experimentelle ZR-Untersuchung von Vielelektronen- oder Coulomb-Effekten in OE im Bereich der Gasatomstreuung vor. Es werden gezielt wichtige ungelöste Fragen früherer Untersuchungen angesprochen.

Es wird ein ausführlicher Überblick über die Theorie des Magnetotransports gegeben, mit einem Schwerpunkt auf dem Formalismus der Bilanzgleichungen. Die experimentellen Ergebnisse werden eingehend verglichen mit einem neuen theoretischen Ansatz für Coulomb-Effekte im Quanten-Magnetotransport von OE, welcher ein einfaches Modell für den dynamischen Strukturfaktor des Elektronensystems vorschlägt.

Es wird gezeigt, dass im wesentlichen alle im Rahmen dieser Dissertation erhaltenen experimentellen Ergebnisse durch die neue Theorie quantitativ beschrieben werden können. Insgesamt können nun alle über mehr als zwei Jahrzehnte gesammelten Daten über Magnetotransport von OE in einer einheitliche Weise erklärt werden.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Surface electrons bound to the free surface of liquid helium (SE) form a two-dimensional electron system in which the Coulomb interaction can become unusually strong. Investigating quantum magnetotransport in this system is of general interest for the understanding of the quantum many-body problem. Moreover, due to the very clean environment of SE, it is possible to make accurate quantitative comparisons between experimental results and first-principles calculations.

This thesis presents extensive measurements of cyclotron resonance (CR) and static magnetoconductivity of SE, both in the linear and in the nonlinear regime. Most importantly, it presents the first experimental CR study of many-electron or Coulomb effects in SE in the vapor scattering regime. Important unresolved questions of earlier studies are specifically addressed.

A detailed overview of magnetotransport theory is given, with a focus on the balance equation formalism. The experimental results are compared in detail with a new theoretical approach to Coulombeffects in quantum magnetotransport of SE, which proposes a simple model for the dynamic structure factor of the electron system.

It is demonstrated that essentially all experimental results obtained in this thesis can be quantitatively (no adjustable parameters) described by the new theory. In all, the whole body of magnetotransport data on SE accumulated over more than two decades (even those previously conflicting with theory) can now be explained in consistent way.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik

Schlagwörter

Oberflächenelektronen, Surface electrons, Coulomb effects, Many-body problem, Two-dimensional electron systems, Cyclotron resonance, Magnetoconductivity

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ISO 690TESKE, Ekkehard, 2004. Coulomb effects in magnetotransport of a nondegenerate two-dimensional electron system [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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February 16, 2004
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