Спиновая релаксация в массивах туннельно-связанных Ge/Si квантовых точек

• Автор: Зиновьева, Айгуль Фанизовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Список обозначений
КТ — квантовая точка
СТМ — сканирующая туннельная микроскопия ЭПР — электронный парамагнитный резонанс ЯМР — ядерный магнитный резонанс СВЧ — сверхвысокая частота
Индексы і,і, к
Индексы а, р, у
Операторы обозначаются буквами со шляпками: А.
Для обозначения квантовых состояний используются бра- и кет-символы: | ці), (і//1. Координатные оси х,у,г выбраны в направлениях (ЮО), причём ось г совпадает с осью симметрии ве пирамиды (направлением роста); оси х и у лежат в плоскости Ое слоя.
(При рассмотрении главных значений -фактора используется другая система координат, в
которой оси х,у,г совпадают с главными осями -тензора.)
еару — единичный антисимметричный тензор
Ег — величина зеемановского расщепления в магнитном поле
//., — магнетон Бора
% — фактор Ланде
Н — магнитное поле
| х) — вектора состояний, принадлежащие двукратно вырожденному уровню
/ — оператор орбитального момента Ї — оператор спина ц — оператор магнитного момента

Н — гамильтониан электрона в нулевом магнитном поле
Нма,н — оператор взаимодействия электрона с внешним магнитным полем
п — единичный вектор в направлении магнитного поля
%гар — тензор квадрата -фактора
к«) — атомная орбиталь а -го типа, принадлежащая і -му атому
с1а —коэффициент, с которым орбиталь <РИГ) входит в волновую функцию
к — оператор волнового вектора А — векторный потенциал
И5рігі — часть оператора взаимодействия с магнитным полем, связанная с эффективным спином
] — оператор углового момента
J, Jz — собственные значения углового момента и его проекции на ось г
Символ | J,JZ) обозначает состояния со значением углового момента J и его проекции Jz. іогЬ — часть магнитного момента, связанная с огибающей волновой функцией — часть магнитного момента, связанная с эффективным спином Р — проекционный оператор а (сг, .0,04) — матрицы Паули к, д — параметры Латгинжера gso —-фактор дырки в отщеплённой зоне gc — -фактор электрона в Г-долине зоны проводимости г (х, у, г) — оператор радиус-вектора электрона II — оператор радиус-вектора атомной орбитали

р — оператор импульса V — оператор скорости т — масса свободного электрона gx, gy, gz — главные значения -фактора
/ — латеральный размер Ое нанокластера (длина стороны основания пирамиды)
— вероятность индуцированного перехода в единицу времени |г), |/) —начальное и конечное состояния, соответствующие нижнему и верхнему уровням дублета
Ь — амплитуда магнитного поля электромагнитной волны
g0 — значение -фактора при магнитном поле, направленном под углом в к оси х (в
плоскости хг)
6,Н — вспомогательные вектора, компоненты которых равны {ХЬХ, ёуЪу, )
и ХНХ, gyHy, соответственно
й*а, й,а — операторы рождения и уничтожения электрона на а -й орбитали / -го атома ет — энергия а -й орбитали /' -го атома I — энергетический интеграл перекрытия ие{г) — потенциальная энергия электрона
Е?, Ехе, Е*, Е°е — энергии краёв зоны проводимости и валентной зоны в недеформированных 81 и Ое к(г) — состав среды в точке с радиус-вектором г (0 для Бц 1 для Ое)
г(г) —след тензора деформации ((г) + еуу(г) + (г))
, Нц - константы деформационного потенциала для Д-долины зоны проводимости ау, Ъ — константы деформационного потенциала для валентной зоны
что для свободных электронов квазиимпульс fo-зависит от концентрации как kF = л]2лпх, а величина поля Бычкова-Рашба определяется как НBR —a-kF. После экстраполяции для низкой плотности носителей было получено значение g — фактора для двумерных электронов в Si, g=2.00073±0.00010. В магнитном поле перпендикулярном плоскости структуры наблюдается наиболее узкая и интенсивная линия с шириной ЛН=3.4-10'2 Гс. В магнитном поле, направленном вдоль плоскости структуры линия уширяется, и ширина достигает АН=50-10 2 Гс. Экспериментальные данные позволили оценить величину поля Бычкова -Рашба в исследуемых структурах в пределах 10-20 Гс. Экстремально узкие линии (длительное время дефазировки) позволяют сделать вывод о том, что электроны, локализованные в Si квантовых ямах в гетероструктурах SiGe/Si/SiGe, являются перспективными для использования в спинтронике.
Работа [59] является продолжением исследований двумерного электронного газа проведенных методом электрически-детектирусмого ЭПР в 1998 году Граэффом и соавторами [60]. Они также обнаружили анизотропию g-фактора (рис. 1.3.2), однако объяснили её расщеплением дна зоны проводимости за счёт одноосной деформации, существующей в Si канале из-за разницы постоянных решёток Si и Si(i.X)Gex. Дно зоны проводимости в Si образовано шестью Д-долинами. За счёт одноосных деформаций две Д-долины, расположенные вдоль направления [001], опускаются, остальные четыре Д-долины поднимаются вверх. Электронами заполнены только две нижние Д-долины, и угловая зависимость g-фактора описывается той же угловой зависимостью, что и g-фактор электронов в одной из этих долин ( эллипсоидов вращения с главной осью, направленной
вдоль [001]): g(0) = gu2 cos2{в) + gL2 sin2(0), где в- угол между направлением магнитного
поля и направлением [001]. Однако эта модель не объясняет возрастание анизотропии g-фактора с увеличением концентрации носителей заряда в Si канале, тем более, что для