电子-电子相互作用对 HgTe 量子阱中导带能谱的重整化

在宽度 $d=(4.6-20.2)$ nm 的 HgTe/Cd$_x$Hg$_{1-x}$Te 量子阱中，已在宽电子密度范围内实验研究了导带能谱。为此，通过两种方法测量了有效质量的电子密度依赖关系：分析 Shubnikov-de Haas 振荡的温度依赖关系，以及利用量子电容测量。结果表明，对于 $d<d_c$ 的结构，所得有效质量在整个电子密度范围内接近计算值，其中 $d_c\simeq6.3$ nm 为对应于类狄拉克能谱的量子阱临界宽度；随着宽度增大，在 $d>(7-8)$ nm 时，实验有效质量明显小于计算值。该差异随电子密度降低（即费米能量降低）而增大；理论与实验的最大差异出现在 $d = (15-18)$ nm 处，此时计算质量与实验质量之比达到二，并随 $d$ 进一步增大而开始减小。我们假定观测到的电子有效质量行为源于电子-电子相互作用导致的能谱重整化。