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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Efeitos de interação spin-órbita em anéis quânticos semicondutores
Author: Diniz, Ginetom Souza
First Advisor: Milla, Augusto Miguel Alcalde
First coorientator: Diniz Neto, Omar de Oliveira
First member of the Committee: Armond, Raigna Augusta da Silva Zadra
Second member of the Committee: Marques, Gilmar Eugênio
Summary: Neste trabalho apresentamos o estudo do efeito do acoplamento spin-órbita na estrutura eletrônica de pontos e anéis quânticos semicondutores. As contribuições de Rashba, devido à assimetria da inversão estrutural e de Dresselhaus, causado pela assimetria da inversão cristalina, comum em alguns materiais semicondutores do grupo III-IV, são introduzidos na Hamiltoniana H0, que descreve um único elétron em presença de campo magn ético na direção z. Os autoestados de H0 são usados no cálculo dos elementos adicionais da nova Hamiltoniana H = H0 +HR +HD, que leva em conta ambas as contribuições de Rashba HR e Dresselhaus HD no acoplamento spin-órbita. Os autovalores e autovetores de H são calculados através de um esquema de diagonalização númerica usando uma base truncada de autoestados de H0. Os cálculos da estrutura eletrônica foram implementados em pontos e anéis quânticos de Arseneto de Índio (InAs), os quais são de atual interesse experimental. Estas nanoestruturas, em geral possuem raios médios (r0) em torno de 30-140nm e altura d =2-5nm. As contribuições de Rashba e Dresselhaus induzem acoplamentos entre estados jn; m; ¾zi seguindo a regra de seleção dada por ¢m;m0 = §1 e são responsáveis pelo o aparecimento de crossings e anticrossings no espectro eletrônico e misturas de estados de spin para campos magnéticos bem definidos, que podem ser manipulados através de parâmetros externos, tais como o parâmetro de Rashba, Dresselhaus e geometria do anel. Nossos resultados permitem estabelecer regimes de campos magnéticos e parâmetros de controle externo para modelar convenientemente o comportamento das propriedades magneto-ópticas, processos de decoerência de estados de spin e o fator-g do elétron, os quais são problemas de forte interesse na atual física de semicondutores para aplicação em dispositivos spintrônicos.
Abstract: In this work we present a theoretical study of the spin-orbit coupling upon the electronic structure of quantum rings and dots. The contribution of Rashba, due to the structural inversion asymmetry, and the contribution of Dresselhaus, induced by the bulk inversion asymmetry, common in the III-V semiconductor group materials are included in the Hamiltonian H0, which describe a single-electron in presence of a magnetic field in the z-direction. The eigenstates of H0 are used in the calculation of the additional elements of the Hamiltonian H = H0 + HR + HD, that takes in to account both Rashba (HR) and Dresselhaus (HD) contribution in the spin-orbit coupling. The eigenvalues and eigenvectors of H are then calculated through a numerical diagonalization using a truncated base of eigenstates of H0. The electronic structure calculation were performed in quantum dots and rings of Indium Arsenate (InAs), which are of actual experimental interesting. These nanostructures (quantum rings), in general, have average radius (r0), around 30-140nm and height about d =2-5nm. The Rashba and Dresselhaus contribution induce coupling among states jn; m; ¾zi following the selection rule ¢m;m0 = §1 and are responsible by crossings and anticrossings in the electronic spectra, and also by spin state mixing for well defined magnetic field values, that can be manipulated by external parameters such the Rashba parameter, Dresselhaus, and ring geometry. Our results allow to determine speci fic regimes of magnetic field and external parameters to model in a convenient way the behavior of magneto-optical properties, decoherence process of spin states and electron g-factor, which are problems of actual interest in the semiconductor physics for spintronic device applications.
Keywords: Anéis quânticos
Acoplamento spin-órbita
Efeito rashba
Efeito dresselhaus
Quantum rings
Spin-orbit coupling
Rashba effect
Dresselhaus effect
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Ciências Exatas e da Terra
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Quote: DINIZ, Ginetom Souza. Efeitos de interação spin-órbita em anéis quânticos semicondutores. 2007. 19 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15680
Date of defense: 22-Jun-2007
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