Туннельные процессы в сверхрешётках на основе ферромагнитных полупроводников

• Автор: Нургулеев, Дамир Абдулганович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Введение
Содержание

Г лава 1. Обзор литературы

1.1. Условия резонансного туннелирования

1.2. Взаимосвязь магнитной и электронной подсистем в ферромагнитных полупроводниках: влияние ориентации спина

туннелирующего электрона на амплитуду прохождения электронной волны

1.3. Расчёт туннельной прозрачности наноразмерных гетеросистем ЕиБ/РЬБ методом матрицы рассеяния

1.4. Влияние электрон-фон онного, электрон-магнонного

взаимодействия на резонансное туннелирование и расчёт прозрачности барьеров методом туннельного

гамильтониана

Глава 2. Упругое резонансное туннелирование в сверхрешётке Еи8/РЬ8
2.1. Общее выражение туннельного гамильтониана для определения прозрачности ферромагнитных барьеров в наносистеме Еи8/РЬ8
2.2. Расчёт туннельной прозрачности барьера из ферромагнитного проводника
Глава 3. Неупругое резонансное туннелирование в ферромагнитных
барьерах сверхрешёток Еи8/РЬ8
3.1. Анализ процесса туннелирования в наноразмерных гетеросистемах Еи8/РЬ8 в приближении магнитного полярона

3.2. Анализ влияния электрон-магнонного взаимодействия на транспортные свойства, носителей тока в спин-волновом
приближении
Г лава 4. Взаимодействие спинполяронов с магнонами в
ферромагнитных барьерах сверхрешёток ЕиБ/РЬБ
4.1. Фазовый сдвиг электронных волновых функций при резонансном туннелировании в нанослоях Еи8
4.2. Магнитополяронный сдвиг резонансных уровней в
ферромагнитных барьерах
4.3. Анализ поведения наблюдаемых характеристик при туннелировании через барьерные слои Ей8
Общие выводы
Литература

Введение
Среди наиболее перспективных направлений исследований в физике полупроводников является изучение условий и возможностей переноса пространственно ориентированного спина электрона из ферромагнетика в парамагнетик. Научный и практический интерес в последнее время здесь сосредоточился на гетероструктурах, содержащих ферромагнитные полупроводники (ФП), к которым относят соединения 3<7- и 4/-металлов, обладающих ферромагнитным упорядочением при полупроводниковом характере проводимости. В них наблюдается сильная взаимозависимость магнитной и электронной подсистем, что способствует целенаправленному управлению различными параметрами ФП с помощью внешних электрического и магнитного полей. Перспективы по расширению функциональных возможностей различных устройств микроэлектроники, базирующихся на ФП, и привлекают физиков и практиков. В таких полупроводниках (ЕиО, ЕиБ и т.д.) носители тока почти максимально поляризованы по спину, так как они находятся в обменном поле ~107/с, созданном 4/ - электронами ионов Еи2+, которые имеют рекордные для ферромагнетиков магнитные моменты в состоянии насыщения (~ 1 /ив).
Теоретические расчёты и практические разработки в области наноразмерных ферромагнитных гетеросистем, содержащих ФП, могут существенно расширить диапазон исследований твердотельных структур и заложить основы для разработки новых устройств для спинтроники, и, в частности, спиновой информатики. Здесь одной из важных теоретических задач является исследование механизмов спинового транспорта, в частности, резонансного туннелирования сквозь ферромагнитные барьеры типа ЕиБ с учётом неупругих взаимодействий, например, между магнонами и просачивающимися электронами, с учётом ориентации спина у последних. Эта задача пересекается с одной из наиболее интересных проблем в физике ФП: изучением процессов электрон-магнонного взаимодействия в них [1-6].

1.3. Расчёт туннельной прозрачности наноразмерных гетеросистем Еив/РЬв методом матрицы рассеяния
В работах [82-83] авторами было предложено обобщение модели Кронига-Пенни на случай потенциалов произвольной формы, что позволило учесть влияние искривления зон полупроводников вблизи гетерограницы, указанное в работах [84-85]. Результаты расчёта энергетического спектра, основанные на модели плавного изменения потенциала вблизи гетерограницы, учли наличие минизон в области инверсионных состояний вблизи дна зоны проводимости сульфида свинца, и предсказали наличие дополнительных всплесков туннельной прозрачности в соответствующей области энергий. Наряду с этим методом функций Грина было учтено влияние интерфейсных (таммовских) состояний в области запрещённых энергий контактирующих материалов.
Как отмечают авторы [86-88] метод матриц переноса становится непригодным для расчётов реальных трехмерных структур, и указывают на метод матрицы рассеяния (5-матрицы). Суть, которого заключается также в получении явного вида 5-матрицы, устанавливающей взаимосвязь амплитуд волновых функций слева и справа от многослойной системы. Метод матрицы рассеяния позволяет избежать экспоненциально больших величин при расчётах и определить коэффициент проникновения для многослойной системы.
При образовании гетероперехода в направлении (111) получается кристалл, состоящий из чередующихся атомных слоев катионов Еи2+, РЬ2+ и общего аниона Б2'. Гетерограница проводится по общим для компонент атомам серы, где кристаллический потенциал полагается разрывным. При этом в направлении (111) атомы катионов отстоят на 1/6 пространственной диагонали от ближайших атомов анионов. В обратном пространстве это соответствует совмещению шестигранников зон Бриллюэна в направлении А (от Г к Ь) и точки Ь обоих материалов.