![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Спин-орбитальное взаимодействие ⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 10
Электрическое поле не действует на спиновый магнитный момент неподвижного заряда. При движении частицы в электрическом поле появляется магнитное поле в ее собственной системе отсчета за счет преобразования Лоренца. Это поле взаимодействует со спиновым магнитным моментом. Уровень энергии электрона расщепляется, возникают состояния со спином, направленным по- и против магнитного поля. Эффект называется спин-орбитальным взаимодействием (СОВ). Степень расщепления уровня линейно зависит от электрического поля и импульса частицы. СОВ позволяет изменять и контролировать спиновое состояние электрическим полем, которое можно изменять гораздо быстрее магнитного поля потому, что для электрического поля отсутствует явление электромагнитной индукции. Собственное электрическое поле существует в узкозонном полупроводнике из-за несимметричного распределения зарядов в потенциальной яме, или благодаря примесям и дефектам. СОВ в гетероструктуре Гамильтониан спин-орбитального взаимодействия. В лабораторной системе отсчета имеется однородное электрическое поле
где знаки а б Электрон в лабораторной (а) и в собственной (б) системах отсчета
При
где μ – эффективная масса. Возникающее магнитное поле направлено перпендикулярно электрическому полю и скорости заряда, и удовлетворяет правилу правой руки. Поле
где
уменьшается в два раза из-за прецессии спина, в результате гамильтониан СОВ электрона
где
Строгий вывод (8.39) основан на разложении квантового релятивистского уравнения Дирака для электрона по степеням Для гетероструктур
Гамильтониан электрона с зарядом
где
При движении в плоскости
Полевой спиновый транзистор на основе гетероструктуры
б
Используем (8.41)
где
Импульс
ищем в виде плоской волны с волновым вектором k, направленным под углом φ к оси x:
где
Определитель матрицы приравниваем нулю и получаем два решения для зависимости энергии электрона от волнового числа – закон дисперсии
Функции показаны на рисунке, где
Пунктирная линия соответствует участкам с отрицательной скоростью.
В обозначении энергии состояний знак
линейно по импульсу и электрическому полю. Из уравнения находим
Состояния взаимно ортогональны
Поле
Выполняется
Следовательно, состояния При низкой температуре энергия электрона равна энергии Ферми при любом направлении спина. Из (8.45) получаем уравнение для верхних границ подзон
откуда
Согласно (8.47) и (8.48) плотность тока спина
Пройдя путь l, состояния с противоположными проекциями спина набирают разность фаз
не зависящую от энергии Ферми. Возникает суперпозиция состояний (8.46)
Вероятности обнаружить спин вдоль или против оси z равны
Вариация напряжения на затворе гетероструктуры изменяет Топологические изоляторы. В поверхностном слое диэлектрика существует множество поверхностных состояний в запрещенной зоне – уровни Тамма. При достаточной плотности таких состояний валентная зона смыкается с зоной проводимости и образуется поверхностное металлическое состояние. Носителями тока являются валентные электроны, перескакивающие от одного атома к соседнему атому. Однако возбужденный внешним электрическим полем поверхностный ток быстро затухает из-за рассеяния на дефектах и неровностях кристалла, на тепловых флуктуациях. В результате диэлектрик не проводит ток и является изолятором. При большом заряде ядра валентные электроны атома, образующие поверхностный ток, двигаются в сильном электрическом поле, перпендикулярном поверхности диэлектрика, и подвергаются спин-орбитальному взаимодействию. В собственной системе отсчета электрона магнитное поле параллельно поверхности диэлектрика. Поверхностный ток получает определенное направление спина, параллельное поверхности диэлектрика. У тока противоположного направления спин ориентирован в обратную сторону. При рассеянии изменяется направление движения заряда, что требует поворота спина. Однако передача момента импульса отсутствует, и поэтому рассеяния не происходит. Диэлектрики с такими свойствами – (Hg,Cd)Te, BiSb и ряд других были обнаружены в 2008 г. Они являются изоляторами в своем объеме и очень хорошими проводниками в поверхностном слое толщиной ~ 6,3 нм, и называются топологическими изоляторами. Их двухмерный ток не рассеивается на неоднородностях кристалла, тепловых флуктуациях, электромагнитном шуме, т. е. является сверхпроводящим током. Поэтому другое название таких материалов – топологические сверхпроводники. Потенциалом наружного затвора можно изменять концентрацию носителей тока и тип проводимости от электронной до дырочной. Если в топологическом изоляторе течет ток одного направления, то все спины и их магнитные моменты выстроены параллельно, и возникает сильная намагниченность. Другой замечательной особенностью топологического изолятора является обращение в нуль эффективной массы электрона проводимости. В результате уменьшается внешнее поле, необходимое для управления электронным устройством, и сокращается время срабатывания устройства. Топологические изоляторы являются новыми перспективными материалами в спинтронике и в устройствах квантовой информатики.
Date: 2015-05-19; view: 931; Нарушение авторских прав |