Спиновый транспорт в сверхрешетках с минимальными разрывами зоны проводимости

• Автор: Васильев, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1 Л. Поляризация. Определение, основные понятия, связанные с поляризацией

1.2. Применение поляризованных пучков на элекгрон-позитронных коллайдерах

1.3. Оптическая ориентация электронов

1.4. Сверхрешетки

1.5. Отрицательное электронное сродство

1.6. Спиновая релаксация носителей при оптической ориентации в полупроводниках

1.6.1. Механизм спиновой релаксации Эллиота и Яффета

1.6.2. Механизм спиновой релаксации Дьяконова-Переля
1.6.3. Механизм спиновой релаксации Бнра-Аронова-Пикуса
1.6.4. Сравнение эффективности различных механихмов спиновой релаксации
1.6.5. Результаты экспериментальных исследований скорости спиновой релаксации свободных носителей в кристаллах А3В5
1.6.6. Зависимость скорости спиновой релаксации от концентрации акцепторов
2. Экспериментальная установка
2.1. Конструкция вакуумной установки
2.2. Система сверхвысоковакуумной установки
2.3. Оптическая система
3. Фотоэмиссия поляризованных электронов из структур с минимальными разрывами зоны проводимости
3.1. Структура и технология изготовления фотокатодов
3.2. Сверхрешетки ГпАЮаАв-ОаАв
3.3. Анализ результатов
Заключение
Список используемой литературы

Введение
Пучки поляризованных электронов широко используются в последнее десятилетие [1] для изучения спин-зависящей структуры нуклонов и параметров слабых нейтральных токов, магнетизма поверхности и тонких пленок [2-4], электронной структуры поверхности металлов, полупроводников и тонких пленок.
Пучки с наибольшей из возможных поляризацией играют кардинальную роль для существенного расширения физических возможностей коллайдеров. Крупнейшие из ныне действующих электронных ускорителей работают с пучками поляризованных по спину электронов: MAMI (Mainz Microtron, Mainz, Germany) и CEBAF (Thomas Jefferson National Laboratory, Newport News, USA) [5-7]. Суперускоритель, рассчитанный на энергию столкновения 1000 Гэв, (International Linear Collider - ILC) также планируется для проведения экспериментов по столкновению пучков поляризованных электронов с пучками поляризованных позитронов. Главной причиной эффективности пучков поляризованных электронов при энергиях > Мг является то, что электроны правой спиральности уже не участвуют в слабом взаимодействии, а электроны левой спиральности участвуют. Выбором только желаемых для взаимодействия частиц молено существенно увеличить эффективность ускорителей.
Совершенствование информационных технологий требует увеличения плотности магнитной записи. В связи с этим свойства поверхности и границ раздела в скором времени будут определять магнитные свойства носителей информации. Методы спектроскопии поляризованных электронов весьма полезны для изучения таких свойств. Здесь следует отметить усиленно развивающийся метод спектроскопии поляризованных электронов малой энергии, позволяющий визуализировать динамические процессы на поверхности. Для проведения высококачественных исследований необходимы высокоэффективные источники поляризованных электронов (ЙПЭ), наилучшим из которых является источник, основанный на фотоэмиссии из напряженных полупроводниковых гетерострукгур.

Полупроводниковые приборы, основанные на поляризованных по спину носителях, представляют особый интерес для сппнтроники. В последнее время для контроля эффективности инжекции поляризованных электронов из ферромагнитного слоя в полупроводник используется анализ поляризации излучения электролюминесценции. Использование оптимизированных наноструктур может обеспечить детектор поляризации с эффективностью 98%.
Во всех случаях для увеличения эффективности экспериментов необходимо улучшать параметры гетероструктур, что должно привести к увеличению степени поляризации, квантового выхода в точке максимума поляризации и времени жизни фотоэмитгера.
Для достижения этой цели были разработаны и выращены фотокатоды на основе полупроводниковых соединений СаАз-АПпОаЛБ без барьеров в зоне проводимости. Отсутствие барьеров в зоне проводимости позволяет эффективно улучшить параметры фотокатодов за счет того, что увеличивается подвижность электронов и уменьшается скорость спиновой релаксации поляризованных фотоэлектронов.
Целью работы является всестороннее исследование процессов спинового транспорта в структурах на основе сверхрешеток СаАБ-АНпваАз с минимальными разрывами зоны проводимости, а также оптимизация их состава для получения эмиттеров с высокой степенью поляризации и высоким квантовым выходом.
В первой главе диссертации рассматриваются основные понятия о поляризации, применение пучков поляризованных электронов на ускорителях элементарных частиц, явление оптической ориентации, отрицательное электронное сродство, понятие сверхрешетка, а также механизмы спиновой релаксации электронов.
Вторая глава посвящена описанию экспериментального комплекса для исследования фотоэмиссии поляризованных электронов.

|а(р)(1-Р,(д))с1р (1.6.24)
|а(ц)(1-Р,(р))с1д
Подставив (1.6.22) в (1.6.20) получим уравнение для р
+р-[н,(к)хН,(к)хр] = С (1.6.25)
Второе слагаемое в (1.6.25) описывает спиновую релаксацию в механизме ДП:

= --г[н1(к)хН,(к)хр]. (1.6.26)
/ сп.рел

Для спина в = - матрицу Н,(к) можно записать в виде:
а р в виде
Н,(к) = |(аО(к)), (1.6.27)
р = 1(8ст), (1.6.28)
где а, - матрицы Паули, а - соответствующие средние значения проекций спина.
Тогда, подставив (1.6.27) и (1.6.28) в (1.6.25) и приравнивая коэффициенты при одинаковых компонентах , получаем:

сп.рел.
= -т' [вДО2 + П3у) - 8Х(П,Я)-85(ОуП2)]. (1.6.29)
Остальные соотношения получаются циклической перестановкой индексов. Отсюда следует, что время спиновой релаксации в общем случае является тензором, компоненты которого определяются соотношениями