Реферат: Реферат цикла работ А. Ф. Зиновьевой А. В. Ненашева и А. В. Двуреченского «Спиновая релаксация дырок в массиве Ge/Si квантовых точек»

Реферат цикла работ А.Ф.Зиновьевой А. В. Ненашева и А. В. Двуреченского

«Спиновая релаксация дырок в массиве Ge/Si квантовых точек»


Проблема спинового транспорта в полупроводниковых структурах без потери спиновой информации является актуальной для создания приборов и логических схем, использующих спиновую степень свободы. В данном цикле работ проведены теоретические исследования спинового транспорта в массиве Ge/Si квантовых точек (КТ). Переворот спина может произойти на двух этапах спинового транспорта: либо когда носитель локализован внутри квантовой точки, либо при туннелировании между двумя квантовыми точками.

На основе метода сильной связи исследована вероятность переворота спина при резонансном туннелировании через дискретные энергетические уровни в Ge КТ. Как аналог электронного спина, в качестве эффективного спина дырки рассмотрен ее угловой момент. Для вычисления вероятности туннелирования рассмотрен бесконечный кристалл, узлами которого являются Ge КТ. Найдены значения интегралов перекрытия между состояниями с одинаковыми и противоположными направлениями спинов в соседних КТ.

Получено, что для основного состояния туннелирование осуществляется преимущественно с сохранением спина: на сто событий туннелирования приходится лишь один переворот спина. Для возбужденных состояний вероятность переворота спина возрастает. В среднем на 5–10 событий туннелирования приходится один переворот спина.

Главной причиной переворота спина при туннелировании между КТ является структурная асимметрия Ge нанокластера. Спин-орбитальное взаимодействие в данной системе эквивалентно существованию некоторого эффективного магнитного поля, разориентирующего спин. Аналогом такого поля в двумерных системах является поле Рашбы.

Исследована спиновая релаксация дырки в изолированной Ge квантовой точке за счёт взаимодействия с фононами. Механизм спиновой релаксации в данном случае состоит в модуляции спин-орбитального взаимодействия колебаниями решётки. Согласно проведенным расчётам, время спиновой релаксации за счёт взаимодействия с фононами составляет 0,3 мс в магнитном поле 1 Tл, при температуре 4 K. Существенный вклад в спиновую релаксацию вносят двухфононные (рамановские) процессы. В этом случае процесс идет через промежуточное возбужденное состояние, причем переворот спина может произойти как при переходе из основного состояния в возбужденное, так и при обратном переходе. За счёт рамановских процессов время спиновой релаксации уменьшается до наносекунд при повышении температуры до 20 K.