WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

спин-орбитального взаимодействия и в пренебрежении В рассматриваемой гетероструктуре существуют эфим, незначительно. фекты, которые определяются исключительно спин-орФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1440 П.С. Алексеев, В.М. Чистяков, И.Н. Яссиевич битальным взаимодействием. Первым таким эффектом Интегралы в (17) легко берутся, и для поверхностного является возникновение поверхностного тока в правом тока получаем аналитическое выражение интерфейсе — так называемый туннельный спин-галь- ванический эффект (см. [6,7]). При туннелировании изep ps 2m ( +)1/2 +( +) ( -)1/2 -( -) за различия в прозрачностях для спиновых состоя- j = -.

+ dE0 ( +) 1/ 42 3 dE0 ( -) ний возникает средняя ненулевая скорость в плоскости 1 + 1 + d + d интерфейса, т. е. электрический ток. Для вычисления (18) плотности этого тока используется та же матрица плотЗдесь ± — корень уравнения:

ности (11):

± epvz v EF = + E0 ( ), † j = - tr(T lT ), (16) Vl k,kz >где — кинетическая энергия движения электронов ± в плоскости, E0 ( ) — резонансный уровень. Легко где p — время релаксации. Подставляя матрицу плотвидеть, что в зависимости от поля преобладает одно или ности в форме (11) в (16), мы получаем, что вклад другое слагаемое в скобках, что и определяет поведение от ее главного слагаемого с равновесной фермиевской тока.

функцией исчезает и остается только член, линейный по В спиновом детекторе, построенном в соответствии поляризации ps:

со схемой на рис. 1, будет измеряться проекция поj,x = - j ns,x, j,y = j ns,y, верхностного тока j на направление между контактами.

В частности, если контакты расположить на осях x ep ps dfили y, то измеряться будут величины проекций из (17).

j = - |t+|2 -|t-|2 vz v. (17) 1/ Vl k,kz >0 d Они же в свою очередь определяются и направлением поляризации носителей ns, тем самым становится На рис. 4 приведены рассчитанные для рассматриваевозможным определять не только степень спиновой мой гетероструктуры туннельный и поверхностный токи поляризации носителей, но и ее направление.

для одинакового диапазона приложенных напряжений (степень поляризации равна ps = 0.1, ns,x = 1, ns,y = 0).

4. Спиновая ориентация носителей На кривых, приведенных на рис. 4, можно выделить следующие участки.

Был также исследован второй эффект в рамках 1) Ток отсутствует, резонансный уровень лежит выше этой задачи, обратный рассмотренному — возникноуровня Ферми, EF < E0.

вение спиновой поляризации носителей при приложе2) Резонансный уровень E0 опускается ниже уровня нии дополнительного электрического поля в плоскости.

Ферми, туннельный ток jz растет и достигает максимума В равновесии распределение электронов по скоростям при 39 мВ. При этом первым заходит ниже уровня в плоскости интерфейса аксиально-симметрично, следоФерми резонансный уровень для состояний „-“. В силу вательно, средний спин протуннелировавших носителей этого возникает поверхностный ток, направленный по оси x. При заходе ниже уровня Ферми резонансного уровня для состояния „+“ поверхностный ток уменьшается и обращается в нуль при напряжении, близкомк тому, при котором ток jz максимален.

3) Участок, на котором происходит исчезновение резонансных уровней — сначала „-“, а потом „+“, что сопровождается уменьшением туннельного тока jz и появлением пика поверхностного тока в противоположном направлении.

Полученная зависимость поверхностного тока от приложенного напряжения открывает возможность создания регулируемого спинового детектора. Приложением поля можно эффективно управлять прозрачностью структуры, следовательно, и чувствительностью детектора.

В приближении полного вырождения электронного газа и толстых барьеров прозрачность структуры и Рис. 5. Степень поляризации протуннелировавших электропроизводная функции распределения могут быть апнов как функция приложенного между контактами напряжения.

проксимированы -функциями. Тогда для прозрачности Расчеты проведены для температуры газа 9 K, плотности элекбарьера имеем: тронов 1.8 · 1018 см-3 (соответствующая энергия Ферми — 10 мэВ), дрейфовой скорости vd = 2.5 · 106 см/с, время релак ± ± t± = ( ) z - E0 ( ). сации принято равным 1 пс.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние электрического поля на спин-зависимое резонансное туннелирование равен нулю. При приложении электрического поля в плоскости интерфейса у функции распределения появляется анизотропная добавка, и теперь преобладают электроны с некоторым направлением волнового вектора, определяемым внешним полем. В результате среди протуннелировавших электронов также будет преобладать определенное направление волнового вектора движения в плоскости, а следовательно, и спина, так что средний спин протуннелировавших носителей будет ненулевой. Наведенная поляризация вычислялась методами, изложенными в [8], с использованием выражения для прозрачности (П. II, 1).

На рис. 5 приведена зависимость степени поляризации от напряжения, приложенного между коллектором и эмиттером, в предположении, что в плоскости интерРис. 6. Относительная погрешность вычисления коэффифейса приложено поле E = 7.5 В/см, соответствующее циента прохождения методом замены реального потенциала дрейфовой скорости vd = 2.5 · 106 см/с. Как видно, при ступенчатым как функция приложенного напряжения.

изменении приложенного напряжения поляризация меняет знак при напряжении, близком к тому, при котором максимален туннельный ток. Таким образом, открываетпотенциала базисные функции имеют вид:

ся возможность создания спинового инжектора, регулируемого приложенным напряжением.

F1pl(z ) =Ai(), F2pl(z ) =Bi(), 5. Заключение =(2me E)-2/32m(-z + V - eEz ), (П. I, 1) Мы исследовали влияние внешнего электрического а для ступенчатого:

поля на резонасное спин-зависимое туннелирование через двухбарьерную гетероструктуру. Расчеты выполнены st F1 (z ) =ek z, для случая гетероструктуры Al0.15Ga0.85Sb/Al0.3Ga0.7Sb/ GaSb/Al0.3Ga0.7Sb/Al0.15Ga0.85Sb, и продемонстрировано, F2st(z ) =e-k z, (П. I, 2) что на основе этой структуры могут быть реализованы как спиновой детектор, так и спиновой инжектор, управ- где k2 = 2m(V - z - eEb/2)/. Для коэффициентов прохождения t и отражения r получаем систему (индекляемые приложенным внешним напряжением.

сы „+“ и „-“ у всех величин опущены):

Авторы выражают благодарность С.А. Тарасенко, С.Д. Ганичеву и В.В. Белькову за обсуждение в процессе 1 + r = t, = w(0)w(b)-1, работы над статьей.

k1(1 - r) kРабота выполнена при поддержке грантов РФФИ и программы РАН. П.С. Алексеев благодарит фонд ДинаF1(z ) F2(z ) w(z ) =. (П. I, 3) стия (ICFPM).

F1(z ) F2(z ) Здесь w — матрица Вронского системы {F1, F2}; ikПриложение I и ik3 — волновые векторы падающего и протуннелировавшего электронов. Подставляя во вронскиан (П. I, 3) Асимптотика амплитуд прохождения базисные функции в виде (П. I, 1) или (П. I, 2), получаи отражения волны, падающей ем две системы для прозрачностей tpl (плавного барьна наклонный барьер ера) и tst (ступенчатого барьера). Было показано, что Покажем, что в первом приближении по электриче- коэффициенты этих систем отличаются на величины не скому полю коэффициенты прохождения и отражения больше 2-го порядка малости по полю E. Это приводит могут быть вычислены заменой реального потенциала к тому, что коэффициенты прохождения t и отражения r ступенчатым. Вычисления оказывается удобным произ- совпадают с той же степенью точности.

вести методом трансфер-матриц.

Для демонстрации погрешности используемого приРассмотрим туннелирование в электрическом поле че- ближения на рис. 6 приведена численно рассчитанная от+ + рез одиночный барьер высоты V и ширины b. Волновая носительная погрешность =(|tst|2 -|t+ |2)/(|tst|2). Видpl функция внутри барьера записывается в виде линейной но, что она составляет не более 11% в интересующем комбинации функций F1 и F2. Для „плавного“, реального, нас диапазоне напряжений.

3 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1442 П.С. Алексеев, В.М. Чистяков, И.Н. Яссиевич Приложение II Список литературы Формула прозрачности исследуемой [1] A. Voskoboinikov, S.S. Liu, C.P. Lee. Phys. Rev. B, 58, 15 гетероструктуры (1998).

[2] A. Voskoboinikov, S.S. Liu, C.P. Lee. Phys. Rev. B, 59, 12 Приведем полученную методом, описанным в При(1999).

ложении I, точную в приближении ступенчатого по[3] Ю.А. Бычков, Э.И. Рашба. Письма ЖЭТФ, 39 (2), тенциала формулу для прозрачности рассматриваемой (1984).

гетероструктуры (см. рис. 1):

[4] T. Koga, J. Nitta, Y. Takayanagi, S. Datta. Phys. Rev. Lett., 88, 126601 (2002).

8 [5] V.I. Perel’, S.A. Tarasenko, I.N. Yassievich, S.D. Ganichev, t(, z ) =, (П. II, 1) V.V. Bel’kov, W. Prettl. Phys. Rev. B, 67, 201 304 (2003).

p ch(k3a) +q sh(k3a) [6] S.D. Ganichev, E.L. Ivchenko, V.V. Bel’kov, S.A. Tarasenko, где M. Sollinger, D. Weiss, W. Wegscheider, W. Prettl. Nature, i = exp(-2kib), 417, 153 (2002).

[7] V.I. Perel’, S.A. Tarasenko, I.N. Yassievich. Phys. Rev. Lett., ki = -2 · mi/ (z - Vi), 93, 056601 (2004).

[8] M.M. Glazov, P.S. Alekseev, M.A. Odnobludov, V.M. Chisp = A + 2A2 + 4A4 + 24A2,4, tyakov, S.A. Tarasenko, I.N. Yassievich. Phys. Rev. B, 71, 155 313 (2005).

q = B + 2B2 + 4B4 + 24B2,4, [9] G. Dresselhaus. Phys. Rev., 100, 580 (1955).

[10] E.L. Ivchenko, G.E. Pikus. Superlattices and Other Heteroгде mi = mi(k ) —см. (9), Vi — значения функции V (z ) structures. Symmetry and Optical Phenomena (Springer, в слое с номером i, Berlin, 1995) [2nd ed., 1997].

[11] Э.И. Рашба. ФТТ, 2 (2), 1224 (1960).

A =(1 - K5,4)(1 - K2,1)(1 + K3,2K4,3), [12] E.A. Andrada de Silva, G.C. Rocca, F. Bassani. Phys. Rev. B, 55, 16 293 (1996).

A2 =(1 - K5,4)(1 + K2,1)(1 - K3,2K4,3), [13] Э. Бурштейн, С. Лундквист. Туннельные явления в тверA4 =(1 + K5,4)(1 - K2,1)(1 - K3,2K4,3), дых телах (М., Мир, 1974).

A2,4 =(1 + K5,4)(1 + K2,1)(1 + K3,2K4,3); Редактор Л.В. Беляков B =(1 - K5,4)(1 - K2,1)(K3,2 + K4,3), An electric field effect at spin-dependent B2 =(1 - K5,4)(1 + K2,1)(-K3,2 + K4,3), resonant tunneling,+ + B4 =(1 + K5,4)(1 - K2,1)(K3,2 - K4,3), P.S. Alekseev, V.M. Chistyakov, I.N. Yassievich B2,4 =(1 + K5,4)(1 + K2,1)(K3,2 + K4,3), Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, ki/mi Ki j =.

194021 St. Petersburg, Russia k /mj j + St. Petersburg State Polytechnical University, Индексы у всех величин соответствуют номеру слоя 195251 St. Petersburg, Russia структуры (рис. 1). Здесь приведен результат вычисления коэффициента прохождения одновременно для „+“

Abstract

A theory of a resonant spin-dependent tunneling и „-“ состояний — величины t+ и t- получаются through the double-barrier heterostructure in presence of the из (П. II, 1) подстановкой в качестве mi соответственelectric field has been build. Spin-orbit interaction is taken into но mi,+ или mi,-.

account by means of the Dresselhaus term. Opportunity of creating Видно, что формула (П. II, 1) имеет резонансный spin detector and injector based on a nonmagnetic semiconductor характер. Действительно, если величина ch(k3a)A + GaAlSb-heterostructure controlled by the electric field has been + sh(k3a)B много больше 2 или 4, то величина t analyzed.

практически обращается в 0. Если же эта величина обращается в 0:

ch(k3a)A + sh(k3a)B = 0, (П. II, 2) то должен наблюдаться резонанс. Заметим также, что в отличие от рассмотренного в [8] случая симметричной гетероструктуры различными являются величины 2 и и значение коэффициента прохождения в резонансе не достигает единицы, что видно как из рис. 2, так и из формулы (П. II, 1).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.