Аннотация 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1. Теория 6
1.1 Теория функционала электронной плотности 6
1.2 Учет спин-орбитального взаимодействие в рамках DFT 9
1.3 Влияние спин-орбитального взаимодействия на электронную структуру
кристаллов в отсутствии центра симметрии 10
ВЫВОДЫ ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ 14
2 Методика расчета и обработки данных 15
2.1 Построение кристаллической структуры и ее оптимизация 15
2.2 Выполнение расчетов вдоль различных направлений 20
3 Зонные структуры и спин-орбитальное расщепление 23
3.1. Бинарные соединения 23
3.2 Сверхрешетки 27
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 35
В современной физике низкоразмерных структур, в котором движение заряда ограничено в одном или нескольких направлениях, внимание исследователей все больше привлекает спин-орбитальное взаимодействие в полупроводниках. Пониженная симметрия низкоразмерных структур дает нам новые энергетические состояния вырожденные по спину(спиновые состояния),что дает существенный вклад в изучении спиновых явлений. Размерное квантование вдоль выбранного направления приводит к существенной модификации зонной структуры наноструктур. Поэтому их изучение открывает широкие перспективы для развития современной спинтронники и электроники. Так, например, одно из наиболее ярких применениий можно увидеть в приборах спинтронники, где спин электрона используется в качестве кубитов, необходимых для создания квантовых алгоритмов [1]. В качестве возможных кубитов могут быть спиновые подуровние электронных состояний, управление которыми осуществляется с помощью внешних или внутренних полей.
Целью данного исследования является анализ спин-орбитального расщепления зонной структуры в полупроводниках A3B5 решетки типа цинковой обманки и сверхрешеток на ихоснове в отсутствии магнитного поля. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить влияние спин-орбитального взаимодействия на зонную структуру в исследуемых материалах.
2. Проанализировать полученные результаты и выявить
закономерности, которые присуще данным структурам.
3. Найти обобщенную модель спинового расщепления для гетероструктур, которая хорошо согласуется с приведенными данными расчета.
В результате методом функционала электронной плотности из первых принципов была проделана работа по систематическому анализу зонных спектров и дисперсии спиновых расщеплений для соединений GaAs и AlAs и сверхрешеток на их основе в направлении роста [001]: (GaAs)i(AlAs)i, (GaAs)2(AlAs)2. Полученные результаты позволили качественно оценить работоспособность модели Ричардса [7] спинового расщепления зоны проводимости. Из приведенного расчета были сделаны следующие выводы:
1. Было обнаружено, что понижение симметрии приводит к существенным отличиям в сверхрешетках по сравнению с кубическими кристаллами, выражающимся в возниковнении расщеплений спиновых состояний вдоль направления Г-Х. В сверхрешетке (GaAs)2(AlAs)2 вдоль линии Г¬М вместо нуля в модели Ричардса [7] имеется слабовыраженный минимум, а в сверхрешетке (GaAs)i(AlAs)i подобная особенность вообще отсутствует.
2. Несмотря на недостаток модели Ричардса [7] ,входщий в нее параметр Дрессельхауса соответствует его значению в квантовой яме GaAs. Поэтому необходимо усовершенствование модели Ричардса [7] на случай многоямных квантовых структур.
3. В приближении ямы бесконечной ширины данная модель Ричардса [7] соответствует модели Дрессельхауса.
4. В то время, как модели Ричардса и Дрессельхауса дают описание
спиновых состояний лишь в окрестности Г-долины, ab initio расчеты позволяют получить полную картину спинового расщепления по всей зоне Брилюэнна и для всех энергетических зон. Поэтому результаты таких расчетов могут быть использованы для развития моделей в окрестности других актуальных долин.
