Спиновые и фотогальванические эффекты в полупроводниковых гетероструктурах

• Автор: Тарасенко, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 217 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Спин-зависимое туннелирование

1.1 Введение. Спиновая инжекция (обзор)

1.2 Туннелирование через одиночный барьер

1.3 Спиновая инжекция

1.4 Туннельный спин-гальванический эффект

1.5 Резонансное туннелирование

1.5.1 Спиновая инжекция при резонансном туннелировании

1.5.2 Туннельный спин-гальванический эффект

2 Чисто спиновые фототоки

2.1 Введение. Обзор литературы
2.2 Феноменологическое описание
2.3 Межзонные оптические переходы в квантовых ямах
2.3.1 Спиновый фототок, обусловленный расщеплением подзон
2.3.2 Спиновый фототок, обусловленный линейными по к вкладами в матричные элементы оптических переходов
2.3.3 Экспериментальное наблюдение спиновых фототоков
2.4 Межподзонные оптические переходы в квантовых ямах п-типа

2.4.1 Спиновый фототок, обусловленный расщеплением спектра
2.4.2 Спиновый фототок, обусловленный линейными по к вкладами в матричные элементы оптических переходов
2.5 Внутриподзонные оптические переходы в квантовых ямах
2.6 Спиновые токи, обусловленные разогревом электронного газа
2.7 Орбитально-долинные токи в многодолинных полупроводниках
3 Монополярная оптическая ориентация электронных спинов циркулярно поляризованным светом
3.1 Введение
3.2 Внутризонныс оптические переходы в объемных полупроводниках
3.3 Внутриподзонные оптические переходы в квантовых ямах
3.4 Межподзонные оптические переходы в квантовых ямах
3.5 Спиновая релаксация, обусловленная межзонным рассеянием
4 Оптическая ориентация электронных спинов линейно
поляризованным светом
4.1 Феноменологическое описание
4.2 Межзонные оптические переходы в квантовых ямах
4.3 Межподзонные оптические переходы в квантовых ямах
4.4 Внутриподзонные оптические переходы в квантовых ямах
4.5 Термическая ориентация электронных спинов
4.6 Ориентация спинов электрическим током
5 Циркулярный фотогальванический эффект в квантовых ямах
5.1 Введение
5.2 Феноменологическое описание
5.3 Циркулярный фотогальванический эффект в квантовых ямах на
основе полупроводников А3В5
5.3.1 Внугриподзонные оптические переходы
5.3.2 Межподзонные оптические переходы
5.4 Циркулярный фотогальванический эффект на вицинальной поверхности кремния
5.5 Циркулярный эффект увлечения электронов фотонами
6 Магнитоиндуцированные фотогальванические эффекты
6.1 Введение
6.2 Феноменологическое описание
6.3 Магнитоиндуцированный фотогальванический эффект при внутриподзонных переходах в квантовых ямах
6.3.1 Спиновые механизмы
6.3.2 Диамагнитные механизмы
6.3.3 Экспериментальное исследование фототоков
6.3.4 Фототок в полумагнитных полупроводниках
6.4 Магнитоиндуцированный фотогальванический эффект при межподзонных переходах в квантовых ямах
6.5 Исследование симметрии квантовых ям, выращенных вдоль [110]
Основные результаты
Приложение. Спиновое расщепление электронных состояний

1.5 Резонансное туннелирование
Эффекты спин-зависимого туннелирования ярко проявляются в структурах резонансных туннельных диодов. В этом случае протекание носителей заряда из эмиттера в коллектор происходит главным образом через резонансные уровни, которые формируются в квантовой яме, ограниченной правым и левым барьерами. Снин-орбитальнос взаимодействие расщепляет резонансные уровни по спину при отличном от пуля волновом векторе в плоскости интерфейсов, что и приводит к зависимости прозрачности двухбарьерной структуры от спиновой ориентации носителей заряда [43, 44, 54].
Рассмотрим прохождение электронов с волновым вектором к = (&||,&г) через двухбарьерную структуру, изображенную па рис. 1.5. Распространение электронов в каждом слое гетероструктуры описывается гамильтонианом (1.1), в котором потенциальная энергия V(г) выбрана в виде
Г - К,; , 0 < г < а ,
У(г) = < И, —Ь<г< 0, а<г<а + Ь,
[о, г < —Ь , г > а + Ь,
где а — ширина ямы, Ь — толщина барьеров. Будем предполагать, что параметры двухбарьерной структуры подобраны так, что резонансно туннелируют частицы с кинетической энергией, гораздо меньшей 14 и В этом случае основной вклад в гамильтониан спин-орбитального взаимодействия имеет вид (1.3) и может рассматриваться как спин-зависимая поправка к эффективной массе носителей.
Решение уравнения Шредингера с гамильтонианом (1.1) и граничными условиями непрерывности волновой функции 1р± и потока (1/т±) дф±/дг на гетерограницах позволяет вычислить амплитудные коэффициенты прохождения 4±(ег, к\) электронов в собственных спиновых состояниях, где е2 = (Ькг)2/(2то*) — кинетическая энергия налетающих электронов вдоль оси роста.