三层半导体量子霍尔铁磁体的赝自旋各向异性

当两个朗道能级在整数量子霍尔 regime 下彼此接近并与化学势重合时，随着诱导排列的外部场或赝自旋场的变化，这两个朗道能级可能仅仅交叉或发生坍缩。在本工作中，利用变分 Hartree-Fock 近似，针对半导体三层系统这一特例，理论上分析了所有可能的交叉情况。该模型包含了相邻层之间的隧穿、偏压、层内及层间电子库仑相互作用。我们发现，双层系统中使用的通用赝自旋各向异性分类方案也适用于三层系统，其中简单交叉对应于易轴铁磁各向异性类比，而坍缩情况对应于易面铁磁各向异性类比。各向同性情况也是可能的，能级是仅仅交叉还是坍缩取决于填充因子和两个邻近能级的量子数。虽然我们的结果适用于任意整数填充因子 $\nu$ (=1,2,3,...)，但我们详细分析了 $\nu=3$ 和 $4$ 处的交叉情况，并给出了清晰的预测以协助实验搜寻。特别是，目前的计算表明，通过增加偏压，这两个填充因子下的三层系统可以从易面各向异性 regime 驱动至易轴 regime，然后再被驱动回易面 regime。与双层系统相比，这种重入行为是三层系统独有的特征。