Спиновые расщепления валентной зоны в полупроводниковых квантовых ямах и квантовых точках

• Автор: Дурнев, Михаил Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Спин-орбитальное расщепление дырочных подзон в квантовых ямах

1.1 Введение

1.2 Симметрийный анализ

1.2.1 Объемный кристалл

1.2.2 Квантовые ямы ориентаций [001], [110] и [111]

1.3 14-зонная модель для объемного кристалла

1.4 Энергетический спектр и спиновые расщепления в квантовых ямах

1.4.1 14-зонная модель и граничные условия

1.4.2 Энергетический спектр и волновые функции в Г-точке

1.4.3 Дисперсии и спиновые расщепления
1.4.4 Сравнение аналитического и численного расчета спиновых расщеплений валентных подзон
1.5 Краткие итоги
2 Гигантское зеемановское расщепление легкой дырки в квантовых ямах
2.1 Введение

2.2 5-фактор в резонансном приближении
2.3 Выход за рамки резонансного приближения. Многоуровневая модель
2.4 Роль интерфейсного смешивания и нелинейный эффект Зеемана
2.5 Роль экситонных эффектов
2.6 Результаты и обсуждение
2.6.1 5-фактор тяжелой дырки
2.6.2 Нелинейный эффект Зеемана и 5-фактор легкой дырки
2.6.3 Сопоставление теории с экспериментом
2.7 Краткие итоги
3 Тонкая структура экситонных состояний в тригональных квантовых точках
3.1 Введение
3.2 Экспериментальные данные
3.3 Симметрийный анализ
3.3.1 Тонкая структура энергетического спектра трионов
3.3.2 Тонкая структура нейтрального экситона
3.4 Микроскопическая модель
3.4.1 Квантование движения дырки в квантовой точке формы...треугольной пирамиды
3.4.2 Диагональная компонента тензора 5-фактора
3.4.3 Магнитоиндуцированное смешивание тяжелых дырок
3.5 Выход за рамки сферического приближения
3.6 Обсуждение полученных результатов и сравнение с экспериментальными данными
3.7 Краткие итоги
Заключение Список литературы
1.4.3 Дисперсии и спиновые расщепления
Перейдем теперь к анализу расчетов дисперсий и спиновых расщеплений, представленных на рисунках 1.2 и 1.5. На панелях (а, с) и (Ь, с!) рисунков 1.2 и 1.5 представлены, соответственно, энергетические дисперсии и спиновые расщепления первых трех дырочных подзон в яме СаАз/А1о,з5Сао.б5А8 шириной а = 100 А. Расчеты приведены для двух направлений волнового вектора в плоскости ямы /су || [100] и /сц || [110]. При к\ < 10° см-1 спиновые расщепления линейны по волновому вектору и изотропны. Из рисунка 1.2 (ЬД) видно, что даже в отсутствие интерфейсного смешивания линейное по к расщепление подзоны /г/г1 сравнимо с расщеплением зоны проводимости е1 (показано треугольниками). Следует также отметить гигантское линейное по к расщепление подзон 1Ь1 и /г.Л.2 (или Л.+ и /г—), которое особенно выражено для набора параметров (II), для которого эти состояния близки по энергии. Для этого набора параметров линейные члены в подзонах Ь± заметно превосходят расщепления подзон е1 и ЬЫ. Учет интерфейсного смешивания состояний тяжелой и легкой дырок в яме с конечными барьерами приводит к существенному увеличению спинового расщепления всех валентных подзон (см. рис. 1.5). Для сравнения спиновое расщепления электрона е1 для = 0 и tl-|l = 0.5 представлено на рис. 1.6; видно, что индуцированная интерфейсным смешиванием поправка в спиновое расщепление электрона не превосходит 10% в узких ямах. Детальный анализ влияния смешивания дырок на вклад НА в спиновое расщепление зоны проводимости выходит за рамки данной работы [32, 33, 34].
С целью дальнейшего анализа интерфейсного смешивания на рис. 1.7 представлены абсолютные значения константы линейного расщепления |/?{М1^| [см. (1.6)] в зависимости от параметра для квантовой ямы СаАз/А1Аз 85 А. Константа обращается в ноль при значениях t^-^l и 0.2 и 0.5 для параметризаций (II) и (I), соответственно; для этих вклады в спиновое расщепление, связанные с объемной и интерфейсной инверсионной асимметрией, компенсируют друг друга. Отметим, что эффект компенсации имеет место для положительных значений