二维电子系统中自发铁磁性的观测

相互作用、低密电子系统的基态是什么？在无无序情形下，长期以来人们预期：随着电子密度降低，由电子自旋对齐所获得的交换能应超过动能（费米能）的增加，从而导致（Bloch）铁磁相变。在更低密度下，应发生向（Wigner）固体——一种有序的电子阵列——的另一相变。然而，由于缺少能同时支持极高质量（低无序）与低密电子系统的材料平台，实验上对这些区域的探索一直受限。本文中，我们探究限域于调制掺杂 AlAs 量子阱中的极高洁净二维电子系统内相互作用电子的基态。该系统的大电子有效质量使我们能达到相互作用参数 $r_s$（定义为库仑能与费米能之比）的非常大值。当我们通过栅压降低电子密度时，发现一系列相，在定性上与上述情景一致：大密度下的顺磁相，当 $r_s$ 超过 35 时向铁磁态的自发转变，以及当 $r_s$ 超过 $\simeq 38$ 时具有强非线性电流-电压特征、暗示钉扎 Wigner 固体的相。然而，我们的样品在 $r_s\simeq 27$ 时转变为绝缘态，早于自发铁磁性的出现，这意味着除相互作用外，在理解现实稀电子系统的不同相时必须考虑无序的作用。