Квантовые состояния, оптика и холловская проводимость блоховских электронов и дырок в магнитном поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Введение.

Глава 1. Квантовые состояния и холловская проводимость блоховских электронов в магнитном поле. Спектр и магнитооптика двумерного дырочного газа (обзор).

1.1. Магнитные трансляции и магнитная ячейка.

1.1.1. Общие свойства трансляций в магнитном поле.

1.1.2. Пример: магнитные трансляции в плоской квадратной решетке.

1.2. Магнитные блоховские состояния в методе сильной связи.

1.2.1. Уравнение Харпера и "бабочка" Хофштадтера.

1.2.2. Трёхмерные задачи.

1.3. Метод слабой связи для электрона с параболическим законом дисперсии в магнитном поле.

1.4. Квантовые состояния и магнитооптика дырок, описываемых гамильтонианом Латтинжера.

1.4.1. Четырёхкомпонентные волновые функции и спектр 2D дырок в магнитном поле.

1.4.2. Магнитооптика межзонных переходов.

1.5. Квантование холловской проводимости в латерально модулированных системах.

1.6. Экспериментальные результаты наблюдения бабочки" Хофштадтера.

Глава 2. Трёхмерные кристаллы в сверхсильном магнитном поле.

2.1. Формирование новых поверхностей Ферми в простой кубической решётке.

Актуальность работы

Изучение состояний блоховского электрона в магнитном поле - одна из актуальных проблем теории конденсированного состояния и, в частности, физики микроструктур. На протяжении нескольких десятилетий эта проблема неизменно привлекает внимание физиков. Дело в том, что действие магнитного поля и периодического потенциала на электрон существенно различается по своей природе: магнитное поле формирует дискретные уровни (уровни Ландау), в то время как периодический потенциал приводит к образованию энергетических зон. В пионерских работах Харпера [1, 2], Зильбермана [3, 4], Азбеля [5], Зака [6, 7] и Хофштадтера [8] были установлены принципиальные свойства квантовых состояний двумерного блоховского электрона, помещённого в перпендикулярное магнитное поле. В частности, было показано, что в случае, когда величина магнитного потока Ф через элементарную ячейку сопоставима с квантом потока Фо = 27г/гс/|е|, формируется сложный энергетический спектр, нетривиально зависящий от числа квантов потока а = Ф/Р/п'о. Д. Заком было показано [6, 7], что классификация квантовых состояний может быть проведена в конечном виде лишь в случае, когда а рационально, т.е. Ф/Фо = p/q, где р и q - целые взаимно простые числа. При этом в случае сильного периодического потенциала спектр состоит из q подзон. Первое графическое построение такого спектра при различных значениях магнитного потока было осуществлено в 1976 году Д. Хофштадтером [8], причём ввиду своего внешнего сходства этот спектр получил название "бабочки" Хофштадтера. Если же величина магнитного потока является иррациональным числом, то спектр имеет характер канторовского множества.

В настоящее время в основе всех расчетов осцилляционных термодинамических и кинетических явлений (магнитоакустических, оптических и транспортных) в металлах и полупроводниках, помещенных в квантующее магнитное поле, лежит представление о дискретных энергетических электронных уровнях. Эти уровни можно найти, например, в квазиклассическом приближении Лифшица-Онзагера. В то же время уже в работах Азбеля [5], Хофштадтера [8] и Таулесса [9] было показано, что с ростом напряженности магнитного поля вырождение магнитных уровней снимается и каждый уровень Ландау расщепляется на магнитные подзоны, что имеет место и для в случае нескольких взаимодействующих уровней Ландау [10]-[14]. Однако, несмотря на всю привлекательность проблемы, спектры типа "бабочки" Ховштад-тера в реальных кристаллах до настоящего времени не наблюдались экспериментально. Дело в том, что для проведения такого эксперимента (на обычных 3D кристаллах со стандартной постоянной решетки) требуются сверхсильные магнитные поля. Если постоянная решетки составляет несколько ангстрем, то условие p/q = 1 будет выполнено в магнитном поле с индукцией порядка 100 МГс. Такие поля в настоящее время ещё не получены, однако во ВНИИЭФ (г. Сэров) уже генерируются сверхсильные взрывные магнитные поля с напряженностью до 28 МГс [15]. Численные оценки показывают, что в кристаллах с постоянной решетки порядка и более шести ангстрем в магнитном поле В=28 МГс можно выполнить условие p/q = 1/3 и провести измерения магнитной восприимчивости и электронного транспорта. В диссертации показано, что при таких значениях магнитного потока в реальных 3D кристаллах можно ожидать проявления качественно новых физических эффектов, в том числе фазовых переходов металл-полупроводник, парамагнетизма электронного газа, осцилляций де Гааза - Ван Альфена с новыми периодами, определяемыми геометрией изменившейся поверхности Ферми. Поэтому рассматриваемая в диссертации проблема представляется нам актуальной не только с точки зрения фундаментальной науки, но и в плане постановки реальных экспериментов.

В настоящее время наиболее перспективными объектами для исследования состояний блоховских электронов в магнитном поле являются искусственные кристаллы - упорядоченные 2D решётки квантовых точек и антиточек, созданные с помощью метода электронной литографии [16]-[21]. Такие структуры служат экспериментальными образцами в большинстве исследований по транспорту и оптике блоховских электронов в магнитном поле. Дело в том, что в этих искусственных 2D кристаллах основной параметр - число квантов потока на ячейку -может изменяться в широких пределах и принимать значения много больше единицы. Для этого в решетках с периодом а = 100 нм магнитное поле должно иметь порядок 10 тесла. Длина пробега в подобных структурах значительно превышает период решётки. При этом нужно учесть, что магнитооптические эксперименты и, в первую очередь, наблюдение магнитолюминисценции в 2D структурах обычно проводятся в диапазоне частот, соответствующих переходам из валентной зоны в зону проводимости [22]-[24]. Поэтому для теоретического описания подобных экспериментов необходимо рассмотреть квантовые состояния с учетом сложной валентной зоны исходного полупроводника, что требует расчёта магнитных блоховских состояний в гетеропереходе р-типа. Следует отметить, что гетеропереходы р- типа с латеральной сверхрешёткой квантовых точек уже начинают использоваться в экспериментах [21]. Насколько нам известно, задача о блоховском электроне в магнитном поле в многозонном приближении впервые рассмотрена в настоящей диссертации. Решение подобной задачи позволяет дать адекватную интерпретацию магнитооптическим экспериментам.

Ещё одна задача, а именно расчёт квантования холловской проводимости двумерного электронного газа в присутствии периодического потенциала, на протяжении ряда лет привлекает внимание исследователей. В этой области получен ряд важных результатов принципиального характера. Таулессом с сотрудниками [9] было показано, что холловская проводимость каждой магнитной подзоны, образованной из одного уровня Ландау, составляет не дробную часть холловской проводимости этого уровня, а целое кратное этого значения. Другими словами, заполненная магнитная подзона переносит целое число единиц холловского тока, приходящегося на один уровень Ландау. Кроме того, Комото [25] и Усовым [26] было показано, что квантованное значение холловской проводимости заполненной магнитной подзоны определяется количеством и типом особенностей волновой функции как функции волнового вектора. Следует отметить, что в этих работах использовалась простая модель исходного электронного спектра с параболическим законом дисперсии. Первые экспериментальные свидетельства расщепления уровней Ландау в систему магнитных подзон были получены в [18] при измерении продольного магнетосопротивления. В недавней работе [20] были проведены первые эксперименты по измерению холлов-ского сопротивления в сверхрешетке квантовых антиточек, созданных на поверхности гетероперехода п- типа. Результаты этой работы также свидетельствуют о расщеплении периодическим потенциалом уровней Ландау на систему магнитных подзон. В диссертации подходы, развитые в упомянутых работах, обобщаются на случай многозонного спектра 2D дырок в гетеропереходе р-типа. Такое обобщение представляется нетривиальным, поскольку требует учета взаимодействия как различных подзон размерного квантования, так и различных ветвей дырочного спектра, для которых волновая функция является многокомпонентной. Решение этой задачи позволит в рамках 4-зонной модели учесть влияние спина и спин-орбитального взаимодействия на характер целочисленного КЭХ в присутствии внешнего периодического потенциала, что может быть проверено экспериментально.

Цели и задачи работы

Во всех предшествующих работах при расчётах квантовых состояний блоховского электрона в магнитном поле использовались простые модели исходного спектра. Так, при использовании метода сильной связи [8], [27] - [30] рассматривались лишь двумерные решётки, а для трёхмерных кристаллов [31] - [34] - только кристаллы с простой кубической симметрией. В приближении слабой связи, где изучается расщепление уровня Ландау на магнитные подзоны [9], [10]-[14], принималась гипотеза об электроне с параболическим законом дисперсии. Целью настоящей диссертации является исследование квантовых состояний, оптики и хол-ловской проводимости блоховских электронов в более реалистических 3D и 2D структурах, помещённых в сильное магнитное поле. В связи с этим в диссертации сформулированы и решены две группы задач.

В первой группе в рамках приближения сильной связи исследуются электронные состояния в 3D кристаллах, помещённых в магнитное поле с различной ориентацией. Для волновых функций, удовлетворяющих условиям Блоха - Пайерлса, изучаются свойства уравнения Шрёдингера, которое в данном приближении является разновидностью уравнения Харпера. Показано, что в 3D кристаллах его энергетический спектр представляет систему перекрывающихся магнитных подзон, построенных для простой кубической и гранецентрированной решётки. Для некоторых простых рациональных значений магнитного потока и различных ориентаций магнитного поля построены поверхности Ферми в магнитных подзонах. Проведён расчет магнитной восприимчивости и сделаны заключения о модификации эффекта де Гааза - Ван Альфена в .сверхсильных магнитных полях.

Во второй группе задач решается задача о квантовых состояниях дырок, описываемых гамильтонианом Латтинжера и помещённых в периодическое поле решётки квантовых точек (антиточек). Для решения этих задач используется другой подход, который представляет собой обобщение метода разложения искомой волновой функции по квантовым состояниям Ландау. В диссертации этот метод, использованный для изучения магнитных блоховских состояний электрона с простым законом дисперсии [9], [10] -[14], впервые обобщается на случай сложного многозонного спектра дырок с учётом нескольких подзон размерного квантования. Исследуются спектры магнитных подзон типа "бабочки" Хофштадтера и четырёхкомпонентные волновые функции дырок. Устанавливаются правила отбора для переходов между магнитными подзонами валентной зоны и зоны проводимости для электромагнитного излучения циркулярной поляризации. В работе исследуется также закон квантования холловской проводимости в гетеропереходах /кгипа с латеральной сверхрешеткой. Обсуждается совместное влияние потенциала гетероперехода, тяжелых и легких дырок на холловскую проводимость дырочных магнитных подзон и устанавливаются законы квантования холловской проводимости в системах со спин-орбитальным взаимодействием.

Научная новизна диссертации

1. Впервые предложена модель формирования новых поверхностей Ферми в трёхмерных кристаллах, помещённых в сверхсильное магнитное поле. В рамках приближения сильной связи найдена электронная функция в сильном магнитном поле и построены новые поверхности Ферми.

2. Установлена связь геометрии новых поверхностей Ферми с новыми физическими эффектами, возникающими в электронном газе одновалентных металлов с ГЦК решёткой. Впервые предсказаны фазовые переходы металл-полуметалл в сильном магнитном поле, парамагнетизм электронного газа, новые серии осцилляций де Гааза - Ван Альфена с периодами, определяемыми геометрией поверхности Ферми при рациональном магнитном потоке.

3. На примере двумерных дырок в гетеропереходе GaAs/AlGaAs впервые поставлена и решена задача о многокомпонентных квантовых состояниях со спектрами типа "бабочки" Хофштадтера. Выполнены расчёты энергетического спектра дырочных магнитных подзон и волновых функций в широком интервале магнитных полей.

4. Впервые проведён расчёт вероятностей магнитооптических переходов между уровнями мелких донорных примесей, локализованных в гетеропереходе, и дырочными магнитными подзонами.

5. Впервые исследован закон квантования холловской проводимости в периодическом потенциале для четырёхкомпонентных дырочных состояний. Поставлен и обсуждается вопрос о совместном влиянии спина, спин-орбитального взаимодействия и периодического потенциала на топологический инвариант (первый класс Черна), определяющий холловскую проводимость заполненных магнитных подзон.

Практическая значимость

Рассчитанные эффекты трансформации топологии поверхности Ферми и.ее влияния на осцилляционные эффекты типа де Гааза - Ван Альфена становятся доступны экспериментальному наблюдению и технологическому применению по мере развития техники экспериментов по генерации сверхсильных магнитных полей и ее приложений (ВНИИЭФ, г.- Саров). Последние достижения в этой области, представленные на Международной конференции (см. [44]), подтверждают интерес к теме диссертации.

Результаты расчета квантовых состояний и магнитооптики 2D дырочного газа в гетеропереходах GaAs/AlGaAs, помещенном в магнитное поле и поле латеральной сверхрешетки, могут быть использованы как для экспериментальной проверки влияния эффектов спин-орбитального взаимодействия на блоховские электроны в магнитном поле, так и для изучения новых возможностей физики и технологии полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками. Изучение магнитооптики и квантового эффекта Холла в 2D газе дырок, возмущенном периодическим потенциалом, становится предметом интереса экспериментаторов, о чем свидетельствуют, в частности, доклады, представленные на последних международных конференциях (см. [41] и [43]).

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Электронная волновая функция, построенная в приближении сильной связи в трёхмерных кристаллах, помещённых в магнитное поле, удовлетворяет условиям Пайерлса при трансляциях. Уравнение Шрёдингера для такой функции представляет собой обобщение уравнения Харпера.

2. Электроны в металлах, помещённых в сверхсильное магнитное поле, характеризуются новой поверхностью Ферми, определяемой взаимной ориентацией кристаллической решётки и магнитного поля, а также величиной магнитного потока сквозь площадь, выделяемую в решётке.

3. Геометрия новых поверхностей Ферми обуславливает новые физические эффекты, возникающими в электронном газе одновалентных металлов с ГЦК решёткой. В их числе фазовые переходы металл-полуметалл, парамагнетизм электронного газа, новые серии осцилляций де Гааза - Ван Альфена с периодами, определяемыми геометрией поверхности Ферми при рациональном магнитном потоке.

4. Волновая функция для многокомпонентных квантовых состояний дырок в гетеропереходе /т-типа с поверхностной сверхрешёткой квантовых точек удовлетворяет условиям Пайерлса при трансляциях в магнитном поле. Энергетические спектры в широком интервале магнитных полей имеют структуру типа "бабочки" Хофштадтера.

5. Вероятности магнитооптических переходов между уровнями мелких донорных примесей, локализованных в гетеропереходе, и дырочными магнитными подзонами, принадлежащими различным уровням Ландау, характеризуются различной поляризацией и интенсивностью излучения.

6. Четырёхкомпонентным дырочным состояниям сопоставлен топологический инвариант (первый класс Черна), определяющий хол-ловскую проводимость заполненных магнитных подзон.

Апробация результатов

По результатам исследований, отраженных в диссертации, опубликовано 17 научных работ, из них 4 журнальные статьи [35]-[38], 1 статья в сборнике [39], 1 статья на Web-сервере электронных публикаций

40], а также 11 работ в сборниках материалов и тезисов конференций

41]-[51]. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. The 15th International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics (Oxford, UK, 2002).

2. Восьмая и Девятая Международные конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам (Tallahassee, USA, 1998. Москва - С.-Петербург, 2002г).

3. Десятый Международный симпозиум "Nanostructures. Science and Technology" (С.-Петербург, 2002г).

4. Третьий, Четвёртый и Пятый Международные научно-практические семинары серии "Капица" (ВНИИЭФ, г.Саров, 1999 - 2001гг).

5. Пятая Российская конференция по физике полупроводников (Н. Новгород, 2001г).

6. Тридцать второе Всероссийское совещание по физике низких температур (Казань, 2000г).

7. Всероссийские совещания "Нанофотоника" (Н. Новгород, 2002, 2003гг).

8. Вторая Всероссийская конференция научно-образовательных центров в рамках программы "Фундаментальные исследования и высшее образование" (Краснодар, 2002г).

9. XIX научные чтения имени академика Н.В. Белова (Н. Новгород, 2000г).

10. Конференция "Структура и свойства твёрдых тел" (Н. Новгород 1999г).

11. Пятая, Шестая и Седьмая Нижегородские сессии молодых ученых (Н. Новгород, 2000 - 2002гг).

Краткое содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 116 наименований. Объём диссертации составляет 155 страниц. В диссертации приведено 38 рисунков.

Заключение

Сформулируем основные результаты работы.

1. В приближении сильной связи найдено выражение для электронной волновой функции, удовлетворяющей условиям Пайерл-са при трансляциях в магнитном поле в трёхмерных кристаллических решётках. Показано, что уравнение Шрёдингера для такой функции представляет собой обобщение уравнения Харпера на трёхмерный случай.

2. Для электронных состояний в металлах, помещённых в сверхсильное магнитное поле, построены новые поверхности Ферми, геометрия которых определяется величиной магнитного потока, а также взаимной ориентацией кристаллической решётки и магнитного поля.

3. Анализ строения новых поверхностей Ферми позволяет предсказать новые физические эффекты, возникающими в электронном газе одновалентных металлов с ГЦК решёткой. В частности, показана возможность фазовых переходов металл-полуметалл, парамагнетизма электронного газа и серий осцилляций де Гааза - Ван Альфена с периодами, определяемыми геометрией новой поверхности Ферми.

4. Найдены выражения для многокомпонентных квантовых состояний, удовлетворяющие условиям Пайерлса при трансляциях в магнитном поле. Расчёты проведены на примере дырок в гетеропереходе GaAs/AlGaAs р- типа с поверхностной сверхрешёткой квантовых точек. В широком интервале магнитных полей найдены энергетические спектры типа "бабочки" Хофштадтера и рассчитаны четырёхкомпонентные волновые функции.

5. Рассчитаны вероятности магнитооптических переходов между уровнями мелких донорных примесей, локализованных в гетеропереходе, и дырочными магнитными подзонами. Обнаружено, что переходы в магнитные подзоны, принадлежащие различным уровням Ландау, характеризуются различной поляризацией и интенсивностью излучения.

6. Получен закон квантования холловской проводимости двумерного дырочного газа в периодическом потенциале. Показано, что че-тырёхкомпонентным дырочным состояниям может быть сопоставлен топологический инвариант (первый класс Черна), определяющий холловскую проводимость заполненных магнитных подзон.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору В.Я. Демиховскому за его неоценимую поддержку на всех этапах подготовки настоящей работы, плодотворное сотрудничество и критические замечания, способствовавшие появлению этой рукописи.

Автор признателен коллективу кафедры теоретической физики ННГУ, в особенности доценту А.А. Перову за постоянное внимание и сотрудничество при подготовке диссертации, а также профессору A.M. Сатанину за полезные критические замечания. Диссертация была выполнена при финансовой, организационной и информационной поддержке Научно - образовательному Центра физики и технологии твердотельных наноструктур ННГУ.

1. P.G. Harper, Single band motion of conduction electrons in a uniform magnetic field, Proc. Phys. Soc. A, V.68, No.10, P.874-878 (1955).

2. P.G. Harper, The general motion of conduction electrons in a uniform magnetic field, with application to the diamagnetism of metals, Proc. Phys. Soc. A, V.68, No.10, P.879-892 (1955).

3. Г.Е. Зильберман, Электрон в периодическом электрическом и однородном магнитном полях. /., ЖЭТФ, т.32, вып.2, с.296-304 (1957).

4. Г.Е. Зильберман, Электрон в периодическом электрическом и однородном магнитном полях. II., ЖЭТФ, т.ЗЗ, вып.2(8), с.296-304 (1957).

5. М.Я. Азбель, Энергетический спектр электрона проводимости в магнитном поле, ЖЭТФ, т.46, вып.З, с.929-945 (1964).

6. J.Zak, Magnetic Translation Group, Phys. Rev., V.134, N0.6A, P.A1602-A1606 (1964).

7. J.Zak, Magnetic Translation Group. II. Irreducible Representations, Phys. Rev., V.134, N0.6A, P.A1607-A1611 (1964).

8. D.R. Hofstadter, Energy levels and wave functions of Block electrons in rational and irrational magnetic field, Phys. Rev. B, V.14, No.6, P.2239-2249 (1976).

9. D.J. Thouless, M. Kohmoto, M.P. Nightingale, and M. den Nijs, Quantized Hall Conductance in a Two-Dimensional Periodic Potential, Phys. Rev. Lett., V.49, No.6, P.405-408 (1982).

10. H. Silberbauer, Magnetic minibands in lateral semiconductor superlattices, J. Phys.: Condens. Matter, iss.4, P.7355-7364 (1992).

11. D. Pfannkuche and R.R. Gerhardts, Theory of magnetotransport in two-dimensional electron systems subjected to weak two-dimensional superlattice potentials, Phys. Rev. B, V.46, No.19, P.12606-12626 (1992).

12. D. Springsguth, R. Ketzmerick, and T. Geisel, Hall conductance of Bloch electrons in a magnetic field, Phys. Rev. B, V.56, No.4, P.2036-2043 (1997).

13. В.Я. Демиховский, А.А. Перов, Оптические переходы и циклотронный резонанс на уровнях Ландау, расщеплённых периодическим потенциалом, ЖЭТФ, т.И4, вып.5(11), с.1795-1803 (1998).

14. V.Ya. Demikhovskii, A.A. Perov, Eigenstates of Bloch electrons in a high magnetic field. Magneto-optical properties, Phys. Low-Dim. Struct., iss.7/8, P.135-146 (1998).

15. B.A.Boyko, A.I.Bykov, M.I.Dolotenko et al, The VIHth Int. Conf. on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics, Tallahassee, USA, 1998. Book of Abstracts, P.149.

16. D. Weiss, P. Grambow, K. von Klitzing, A. Menschig, and G. Weimann, Fabrication and characterization of deep mesa etched "anti"-dot superlattices in GaAs-AlGaAs heterostructures, Appl.- Phys. Lett., V.58, No.25, P.2960-2962 (1991).

17. D. Weiss, M.L. Roukes, A. Mensching et al., Electron pinball and commensurate orbits in a periodic array of scatters, Phys. Rev. Lett., V.66, No.21, P.2790-2793 (1991).

18. T. Schlosser, K. Ensslin, J.P. Kotthaus et al., Landau subbands generated by a lateral electrostatic potential chasing the Hofstadter's butterfly, Semicond. Sci. Technol., iss.ll, P.1582-1585 (1996).

19. T. Schlosser, K. Ensslin, J.P. Kotthaus and M. Holland, Internal structure of a Landau band induced by a lateral superlattice: a glimpse of Hofstadter's butterfly, Europhys. Lett., V.33, No.9, P.683-688 (1996).

20. C. Albrecht, J.H. Smet, K. von Klitzing, D.Weiss, V. Umansky, and H. Schweizer, Evidence of Hofstadter's Fractal Energy Spectrum in the Quantized Hall Conductance, Phys. Rev. Lett., V.86, No.l, P.147-150 (2001).

21. D. Weiss, Quantum Effects in Laterally Modulated Systems, The 15th Int. Conf. on High Magnetic Fields in Semicond. Phys. (5-9 August 2002, Oxford, UK). Book of Abstracts, P.7 (2002).

22. O.V. Volkov, V.E. Zhitomirskii, I.V. Kukushkin, W. Dietsche, K. von Klitzing, A. Fischer, and K. Eberl, Magneto-optical spectroscopy of two-dimensional holes in GaAs/Al(x)Ga(l-x)As single heterojunctions, Phys. Rev. B, V.56, No.12, P.7541-7548 (1997).

23. M. Kohmoto, Topological Invariant and the Quantization of the Hall Conductance, Ann. Phys. (NY), V.160, No.2, P.343-354 (1985).

24. H.A. Усов, К теории квантового эффекта Холла в двумерном периодическом потенциале, ЖЭТФ, т.94, вып.12, с.305-319 (1988).

25. F.H. Claro and G.H. Wannier, Magnetic subband structure of electrons in hexagonal lattices, Phys. Rev. B, V.19, No.12, P.6068-6074 (1979).

26. P.S. Sandhu, Ju. H. Kim, J.S. Brooks Origin of anomalous magnetic breakdown frequencies in quasi-two-dimensional organic conductors, Phys. Rev. B, V.56, No.18, P.11566-11570 (1997).

27. S.Y. Han, J.S. Brooks, Ju. H. Kim, Magnetic Breakdown at High Fields: Semiclassical and Quantum Treatments, Phys. Rev. Lett., V.85, No.7, P.1500-1503 (2000).

28. W.Y. Hsu and L.M. Falicov, Level quantization and broadening for band electrons in a magnetic field: Magneto-optics throughout the band, Phys. Rev. B, V.13, No.4, P.1595-1606 (1976).

29. D. Peter, D. Mayou, M. Cyrot, Comment on "Theory of Electronic Diamagnetism in Two-Dimensional LatticesPhys. Rev. Lett., V.65, No.3, P.386 (1990).

30. H. Hasegawa, Generalized Flux States on 3-Dimensional Lattice, J. Phys. Soc. Jpn., V.59, No.12, P.4384-4393 (1990).

31. Z. Kunszt, A. Zee, Electron hopping in three-dimensional flux states, Phys. Rev. B, V.44, No.13, P.6842-6848 (1991).

32. M. Koshino, H. Aoki, K. Kuroki, S. Kagoshima, T. Osada, Hofstadter Butterfly and Integer Quantum Hall Effect in Three Dimensions, Phys. Rev. Lett., V.86, No.6, P.1062-1065 (2001).

33. V.Ya. Demikhovskii, A.A. Perov, D.V. Khomitsky, Formation of new Fermi surfaces in 3D crystals at ultra high magnetic field with different orientations, Phys. Lett. A, V.267, P.408-415 (2000).

34. В.Я. Демиховский, Д.В. Хомицкий, Квантовые состояния и поверхности Ферми в металлах с ГЦК решткой, помещённых в сверхсильное магнитное поле, ЖЭТФ, т.120, вып.1(7), с.191-204- (2001).

35. V.Ya. Demikhovskii and D.V. Khomitskiy, Quantum states and optics in a p-type heterojunction with a lateral quantum dot or antidot superlattice subjected to a perpendicular magnetic field, Phys. Rev. B, V.67, P.035321-1 035321-9 (2003).

36. В.Я. Демиховский, Д.В. Хомицкий, Влияние поверхностных сверхрешёток на квантовые состояния и магнитооптику в гетеропереходах п- и р-типа с монослоем примесей, Изв. Акад. Наук, Сер. Физ., т.67, вып.2, С.235-237 (2003).

37. V.Ya. Demikhovskii and D.V. Khomitskiy, Quantum Hall effect in a p-type heterojunction with a lateral surface quantum dot superlattice, www.arXiv.org: cond-mat/0212629 (2002).

38. V.Ya. Demikhovskii and D.V. Khomitsky, Optical and transport properties of p-type heterojunctions with lateral surface superlattice in perpendicular magnetic field, Proc. of The 10th Int. Symp.

39. Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 17-21, 2002, P.233-236.

40. V.Ya. Demikhovskii and D.V. Khomitskiy, Quantum Hall effect in p-type heterojunctions with lateral surface superlattice, The 15th Int. Conf. on High Magnetic Fields in Semicond. Phys. (5-9 August 2002, Oxford, UK). Book of Abstracts, P.63 (2002).

41. Д.В. Хомицкий, Магнитные блоховские состояния в гетеропереходах п- и р-типа с монослоем примесей: оптические свойства: Седьмая Нижегородская сессия молодых ученых (21-27 апреля 2002г). Тезисы докладов: Н. Новгород, 2002.

42. В.Я. Демиховский, Д.В. Хомицкий, Осцилляционные эффекты в электронном газе 3D кристаллов, помещённых в сверхсильное магнитное поле Шестая Нижегородская сессия молодых учеых (22-27 апреля 2001г). Тезисы докладов: Н. Новгород, 2001, С.25-26.

43. A. Rauh, Degeneracy of Landau Levels in Crystals, Phys. Stat. Sol. (b), V.65, P.K131-K135 (1974).

44. A. Rauh, On the Broadening of Landau Levels in Crystals, Phys. Stat. Sol. (b), V.69, P.K9-K13 (1975).

45. G.H. Wannier, Invariance Properties of a Proposed Hamiltonian for Bloch Electrons in a Magnetic Field, Phys. Stat. Sol. (b), V.70, P.727-735 (1975).

46. G.M. Obermair and G.H. Wannier, Bloch Electrons in Magnetic Fields. Rationality, Irrationality, Degeneracy, Phys. Stat. Sol. (b), V.76, P.217-222 (1976).

47. G.H. Wannier, A Result Not Dependent on Rationality for Bloch Electrons in a Magnetic Field, Phys. Stat. Sol. (b), V.88, P.757-765 (1978).

48. H. Hiramoto and M. Kohmoto, Electronic spectral and wave-function properties of one-dimensional quasiperiodic systems:a scaling approach, Int. Journ. of Modern Physics, V.6, iss.3&4, P.281-320 (1992).

49. Y. Hasegawa, Y. Hatsugai, M. Kohmoto, G. Montambaux, Stabilization of flux states on two-dimensional lattices, Phys. Rev. B, V.41, No.13, P.9174-9182 (1990).

50. В.Я. Демиховский, А.А. Перов, Магнитные блоховские состояния и холловская проводимость двумерного электронного газа в периодическом потенциале без центра инверсии, Письма в ЖЭТФ, т.76, вып.10, с.723-728 (2002).

51. Н. Doh and S.-H. Suck Solk, Effects of electron correlations on the Hofstadter spectrum, Phys. Rev. B, V.57, No.3, P.1312-1315 (1998).

52. В.Я Демиховский, Г.А. Вугальтер, Физика квантовых низкоразмерных структур, М., Логос, 2000, 248с.

53. М. Kohmoto, Y. Hatsugai, Peierls stabilization of magnetic-flux states of two-dimensional lattice electrons, Phys. Rev. B, V.41, No.13, P.9527-9529 (1990).

54. G. Montambaux, M. Kohmoto, Quantized Hall effect in three dimensions, Phys. Rev. B, V.41, No.16, P.11417-11421 (1990).

55. И.М. Лифшиц, М.Я. Азбель, М.И. Каганов, Электронная теория металлов, М., Наука, 1971, 416с.

56. R. Е. Peierls, Zur Theorie des Diamagnetismus von Leitungs-elektronen, Z. Phys., V.80, P.763-791 (1933).

57. E.M. Лифшиц, Л.П. Питаевский, Статистическая физика, ч.2, М., Наука, 1978, 448с.

58. А. Крэкнелл, К. Уонг, Поверхность Ферми, пер. с англ., М., Ато-миздат, 1978, 352с.

59. Д. Шенберг, Магнитные осцилляции в металлах, пер. с англ., М., Мир, 1986, 678с.

60. Ч. Киттель, Квантовая теория твёрдых тел, пер. с англ., М, Наука, 1967, 492с.

61. J.M. Luttinger, Quantum Theory of Cyclotron Resonance in Semiconductors: General Theory, Phys. Rev., V.102, No.4, P.1030-1041 (1956).

62. D.A. Broido and L.J. Sham, Effective masses of holes at GaAs-AlGaAs heterojunctions, Phys. Rev. B, V.31, No.2, P.888-892 (1985).

63. S.-R. Eric Yang, D.A. Broido, and L.J. Sham, Holes at GaAs -Al(x)Ga(l-x)As heterojunctions in magnetic fields, Phys. Rev. В., V.32, No.10, P.6630-6633 (1985).

64. Yu.A. Bychkov and E.I. Rashba, in the Proc. of the 17th Int. Conf. on the Phys. Semicond., San Francisco, 1984• Springer Verlag, 1985. P.321.

65. G.E. Marques and L.J. Sham, Theory of space-charge layers in narrow-gap semiconductors, Surf. Sci., V.113, iss.1-3, P.131-136 (1982).

66. F. Ancilotto, A. Fasolino, and J.C. Maan, Hole subband mixing in quantum wells: A magnetooptic study, Phys. Rev. B, V.38, No.3, P.1788-1799 (1988).

67. G. Goldoni and A. Fasolino, "Spin" Splitting in Asymmetric Double Quantum Wells: A Mechanism for "Spin"-Dependent Hole Derealization, Phys. Rev. Lett., V.69, No.17, P.2567-2570 (1992).

68. L.M. Roth, B. Lax, S. Zwerdling, Theory of Magneto-Absorption Effects in Semiconductors, Phys. Rev., V.114, No.l, P.90-104 (1959).

69. I.V. Kukushkin, K. von Klitzing, K. Ploog, V.B. Timofeev, Radiative recombination of two-dimensional electrons in acceptor S-doped GaAs — AlxGa\-xAs single heterojunctions, Phys. Rev. B, V.40, No.11, P.7788-7792 (1989).

70. L.V. Butov, A. Zrenner, M. Shayegan, G. Abstreiter, H.C. Manoharan, Magneto-optics of two-dimensional hole system in the extreme quantum limit, Phys. Rev. B, V.49, No.19, P.14054-14057- (1994).

71. L.V. Butov, A.A. Shashkin, V.T. Dolgopolov, K.L. Campman, A.C. Gossard, Magneto-optics of the spatially separated electron and hole layers in GaAs/AlxGa\xAs coupled quantum wells, Phys. Rev. B, V.60, No.12, P.8753-8758 (1999).

72. V. Gudmundsson, R.R. Gerhardts, Manifestation of the Hofstadter butterfly in far-infrared absorption, Phys. Rev. B, V.54, No.8,• P.R5223-R5226 (1996).

73. Квантовый эффект Холла, под ред. Р. Пренджа и С. Гирвина, пер. с англ., М., Мир, 1989, 404с.

74. Н. Aoki, Т. Ando, Universality of Quantum Hall Effect: Topological Invariant and Observable, Phys. Rev. Lett., V.57, No.24, P.3093-3096 (1986).

75. A.H. MacDonald, Landau-level subband structure of electrons on a square lattice, Phys. Rev. B, V.28, No.12, P.6713-6717 (1983).

76. R. Rammal, G. Toulouse, M.T. Jaekel, B.I. Halperin, Quantized Hall conductance and edge states: Two-dimensional strips with a periodic potential, Phys. Rev. B, V.27, No.8, P.5142-5145 (1983).

77. I. Dana, Y. Avron, J. Zak, Quantised Hall conductance in a perfect crystal, J. Phys. C: Solid State Phys., V.18, P.L679-L683 (1985).

78. J.E. Avron, L.G. Yaffe, Diophantine Equation for the Hall Conductance of Interacting Electrons on a Torus, Phys. Rev. Lett., V.56, No.19, P.2084-2087 (1986).

79. M. Kohmoto, Zero modes and the quantized Hall conductance of the two-dimensional lattice in a magnetic field, Phys. Rev. B, V.39, No.16, P.11943-11949 (1989).

80. B. Huckestein, R.N. Bhatt, Influence of a periodic potential on the integer quantum Hall effect, Surf. Sci., V.305, P.438-442 (1994).

81. M. Kohmoto, B.I. Halperin, Y.-S. Wu, Diophantine equation for the three-dimensional quantum Hall effect, Phys. Rev. B, V.45, No.23,• P.13488-13493 (1992).

82. P. Strreda, Theory of quantised Hall conductivity in two dimensions, J. Phys. C: Solid State Phys., V.15, P.L717-L721 (1982).

83. P. Strreda, Quantised Hall effect in a two-dimensional periodic potential, J. Phys. C: Solid State Phys., V.15, P.L1299-L1303 (1982).

84. R. Akis, C. Barnes, B.L. Johnson, and G. Kirczenow, Computer simulations and edge-state analysis of the Hall effect in two-dimensional quantum-dot arrays connected to phase-randomizing reservoirs, Phys. Rev. B, V.47, No.24, P.16382-16390 (1993).

85. Б.А. Дубровин, С.П. Новиков, Основные состояния двумерного электрона в периодическом магнитном поле, ЖЭТФ, т.79, вып.3(9), с.1006-1016 (1980).

86. С.П. Новиков, Магнитно-блоховские функции и вектроные расслоения. Типичные законы дисперсии и их квантовые числа, ДАН, т.257, вып.З, с.538-543 (1981).

87. С.П. Новиков, Двумерные операторы Шрёдингера в периодических полях, в сб. "Современные проблемы математикит.23, М.,ВИНИТИ, 1983, С.3-32.

88. Y. Hatsugai, Topological aspects of the quantum Hall effect, J. Phys.: Condensed Matter, V.9, P.2507-2549 (1997).

89. Б.А. Дубровин, С.П. Новиков, А.Т. Фоменко, Современная геометрия. Методы и приложения, М., Наука, 1986, 760с.

90. J.E. Avron, R. Seiler, В. Simon, Homotopy and Quantization in Condensed Matter Physics, Phys. Rev. Lett., V.51, No.l, P.51-53 (1983).

91. Q. Niu, D.J. Thouless, Y.-S. Wu, Quantized Hall conductance as a topological invariant, Phys. Rev. B, V.31, No.6, P.3372-3377 (1985).

92. D.J. Thouless, Quantization of particle transport, Phys. Rev. B, V.27, No.10, P.6083-6087 (1983).

93. B. Simon, Holonomy, the Quantum Adiabatic Theorem, and Berry's Phase, Phys. Rev. Lett., V.51, No.24, P.2167-2170 (1983).

94. M. Kohmoto, Berry's Phase of Bloch Electrons in Electromagnetic Fields, J. Phys. Soc. Japan, V.62, No.2, P.659 663 (1993).

95. M.-C. Chang, Q. Niu, Berry phase, hyperorbits, and the Hofstadter spectrum: Semiclassical dynamics in magnetic Bloch bands, Phys. Rev. B, V.53, No.11, P.7010-7023 (1996).

96. J. Goryo and M. Kohmoto, Polarization of Bloch electrons and Berry phase in the presence of electromagnetic fields, Phys. Rev. B, V.66, P.085118-1 085118-8 (2002).

97. B. Pannetier, J. Chaussy, R. Rammal, J.C. Villegier, Experimental Fine Tuning of Frustration: Two-Dimensional Superconducting Network in a Magnetic Field, Phys. Rev. Lett., V.53, No.19, P.1845-1848 (1984).

98. Y. Hasegawa, M. Kohmoto, G. Montambaux, Three-dimensional superconducting networks in a magnetic field, Phys. Rev. B, V.48, No.2, P.1119-1123 (1993).

99. C.C. Abilio, P. Butaud, Th. Fournier, B. Pannetier, J. Vidal, S. Tedesco, B. Dalzotto, Magnetic Field Induced Localization in a Two-Dimensional Superconducting Wire Network, Phys. Rev. Lett., V.83, No.24, P.5102-5105 (1999).

100. H. Silberbauer, U. Rossler, Quantum study of magnetotransport in antidot superlattices, Phys. Rev. B, V.50, No.16, P.11911-11914 (1994).

101. J. Eroms, M. Zitzlsperger, D. Weiss, J.H. Smet, C. Albrecht,

102. R. Fleischmann, M. Behet, J. De Boeck, and G. Borghs, Skipping orbits and enhanced resistivity in large-diameter InAs/GaSb antidot lattices, Phys. Rev. B, V.59, No.12, P.R7829-R7832 (1999).

103. G. Petschel and T. Geisel, Bloch Electrons in Magnetic Fields: Classical Chaos and Hofstadter's Butterfly, Phys. Rev. Lett,, V.71, No.2, P.239-242 (1993).

104. R. Ketzmerick, K. Kruse, D. Springsguth, and T. Geisel, Bloch Electrons in a Magnetic Field: Why Does Chaos Send Electrons the Hard Way?, Phys. Rev. Lett, V.84, No.13, P.2929-2932 (2000).

105. А.Н. MacDonald, U. Ekenberg, Fractional quantum Hall effect in a two-dimensional hole gas, Phys. Rev. B, V.39, No.9, P.5959-5963 (1989).

106. U. Kuhl and H.-J. Stockmann, Microwave realization of the Hofstadter Butterfly, Phys. Rev. Lett., V.80, No.15, P.3232-3235 (1998).1. ТОс/г"1' A)