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Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba自旋劈裂

赵正印 王红玲 李明

Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba自旋劈裂

赵正印, 王红玲, 李明
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  • 正如人们所知, 可以通过电场或者设计非对称的半导体异质结构来调控体系的结构反演不对称性(SIA)和Rashba自旋劈裂. 本文研究了Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中第一子带的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂随Al0.3Ga0.7N插入层(右阱)的厚度ws以及外加电场的变化关系, 其中GaN层(左阱)的厚度为40-ws . 发现随着ws的增加, 第一子带的Rashba系数和Rashba自旋劈裂首先增加, 然后在ws20 时它们迅速减小, 但是ws30 时Rashba自旋劈裂减小得更快, 因为此时kf也迅速减小. 阱层对Rashba系数的贡献最大, 界面的贡献次之且随ws变化不是太明显, 垒层的贡献相对比较小. 然后, 我们假ws=20 , 发现外加电场可以很大程度上调制该体系的Rashba系数和Rashba自旋劈裂, 当外加电场的方向同极化电场方向相同(相反)时, 它们随着外加电场的增加而增加(减小). 当外加电场从-1.5108 Vm-1到1.5108 V m-1变化时, Rashba系数随着外加电场的改变而近似线性变化, Rashba自旋劈裂先增加得很快, 然后近似线性增加, 最后缓慢增加. 研究结果表明可以通过改变GaN层和Al0.3Ga0.7N层的相对厚度以及外加电场来调节Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂, 这对于设计自旋电子学器件有些启示.
      通信作者: 李明, mingli245@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61306012)、河南省高等学校青年骨干教师(批准号: 2015GGJS-145)和许昌学院杰出青年骨干人才计划资助的课题.
    [1]

    Zutic I, Fabian J, Das S S 2004 Rev. Mod. Phys. 76 323

    [2]

    Lo I, Gau M H, Tsai J K, Chen Y L, Chang Z J, Wang W T, Chiang J C, Aggerstam T, Lourdudoss S 2007 Phys. Rev. B 75 245307

    [3]

    He X W, Shen B Tang Y Q, Tang N, Yin C M, Xu F J, Yang Z J, Zhang G Y, Chen Y H Tang C G, Wang Z G 2007 Appl. Phys. Lett. 91 071912

    [4]

    Pfeffer P, Zawadzki W 1999 Phys. Rev. B 59 R5312

    [5]

    Song H Z, Zhang P, Duan S Q, Zhao X G 2006 Chin. Phys. 15 3019

    [6]

    Yan Y Z, Hu L B 2010 Chin. Phys. B. 19 047203

    [7]

    Bernevig B A, Hughes T L, Zhang S C 2006 Science 314 1757

    [8]

    Konig M, Wiedmann S, Bruene C, Roth A, Buhmann H, Molenkamp L W, Qi X L, Zhang S C 2007 Science 318 766

    [9]

    Miao M S, Yan Q, van de Walle C G, Lou W K, Li L L, Chang K 2012 Phys. Rev. Lett. 109 186803

    [10]

    Zhang D, Lou W K, Miao M S, Zhang S C, Chang K 2013 Phys. Rev. Lett. 111 156402

    [11]

    Ganichev S D, Bel'kov V V, Golub L E, Ivchenko E L, Schneider P, Giglberger S, Eroms J, de Boeck J, Borghs G, Wegscheider W, Weiss D, Prettl W 2004 Phys. Rev. Lett. 92 256601

    [12]

    Dresselhaus G 1955 Phys. Rev. 100 580

    [13]

    Bychkov Y A, Rashba E I 1984 J. Phys. C 17 6039

    [14]

    Bychkov Y A, Rashba E I 1984 JETP Lett. 39 78

    [15]

    Wolf S A, Awschalom D D, Buhrman R A, Daughton J M, von Molnr S, Roukes M L, Chtchelkanova A Y, Treger D M 2001 Science 294 1488

    [16]

    de Andrada e Silva E A, La Rocca G C, Bassani F 1994 Phys. Rev. B 50 8523

    [17]

    de Andrada e Silva E A, La Rocca G C, Bassani F 1997 Phys. Rev. B 55 16293

    [18]

    Winkler R 2003 Spin-Orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems (Berlin: Springer) pp77-86

    [19]

    Yang W, Chang K 2006 Phys. Rev. B 73 113303

    [20]

    Yang W, Chang K 2006 Phys. Rev. B 74 193314

    [21]

    Hao Y F 2014 J. App. Phys. 115 244308

    [22]

    Hao Y F 2015 J. App. Phys. 117 013911

    [23]

    Hao Y F 2015 Phys. Lett. A 379 2853

    [24]

    Hao Y F, Chen Y H, Hao G D, Wang Z G 2009 Chin. Phys. Lett. 26 037103

    [25]

    Hao Y F, Chen Y H, Hao G D, Wang Z G 2009 Chin. Phys. Lett. 26 077104

    [26]

    Yang P, L Y W, Wang X B 2015 Acta Phys. Sin. 64 197303 (in Chinese) [杨鹏, 吕燕伍, 王鑫波 2015 物理学报 64 197303]

    [27]

    Litvinov V I 2003 Phys. Rev. B 68 155314

    [28]

    Litvinov V I 2006 Appl. Phys. Lett. 89 222108

    [29]

    Li M, Zhang R, Zhang Z, Yan W S, Liu B, Fu Deyi, Zhao C Z, Xie Z L, Xiu X Q, Zheng Y D 2010 Superlattices Microstruct. 47 522

    [30]

    Koga T, Nitta J, Akazaki T, Takayanagi H 2002 Phys. Rev. Lett. 89 046801

    [31]

    Schmult S, Manfra M J, Punnoose A, Sergent A M, Baldwin K W, Molnar R J 2006 Phys. Rev. B 74 033302

    [32]

    Li M, L Y H, Yang B H, Zhao Z Y, Sun G, Miao D D, Zhao C Z 2011 Solid State Communi. 151 1958

    [33]

    Li M 2013 Commun. Theor. Phys. 60 119

    [34]

    Li M, Sun G, Fan L B 2012 Chin. Phys. Lett. 29 127104

    [35]

    Li M, Zhang R, Liu B, Fu D Y, Zhao C Z, Xie Z L, Xiu X Q, Zheng Y D 2012 Acta Phys. Sin. 61 027103 (in Chinese) [李明, 张荣, 刘斌, 傅德彝, 赵传阵, 谢自力, 修向前, 郑有炓 2012 物理学报 61 027103]

    [36]

    Calsaverini R S, Bernardes E, Carlos E J, Loss D 2008 Phys. Rev. B 78 155313

    [37]

    Bernardes E, Schliemann J, Lee M, Carlos E J, Loss D 2007 Phys. Rev. Lett. 99 076603

    [38]

    Tan I H, Snider G L, Chang L D Hu E L 1990 J. Appl. Phys. 68 4071

    [39]

    Wang X B, Zhao Z P, Feng Z H 2014 Acta Phys. Sin. 63 080202 (in Chinese) [王现彬, 赵正平, 冯志红 2014 物理学报 63 080202]

    [40]

    Ambacher O, Foutz B, Smart J Shealy J R, Weimann N G, Chu K, Murphy M Sierakowski A J, Schaff W J, Eastman L F, Dimitrov R, Mitchell A, Stutzmann M 2000 J. Appl. Phys. 87 334

    [41]

    Ambacher O 1999 J. Appl. Phys 85 3222

    [42]

    Kumagai M, Chuang S L, Ando H 1998 Phys. Rev. B 57 15303

    [43]

    Suzuki M, Uenoyama T, Yanase A 1995 Phys. Rev. B 52 8132

    [44]

    Bernardini F, Fiorentini V, Vanderbilt D 1997 Phys. Rev. B 56 R10024

  • [1]

    Zutic I, Fabian J, Das S S 2004 Rev. Mod. Phys. 76 323

    [2]

    Lo I, Gau M H, Tsai J K, Chen Y L, Chang Z J, Wang W T, Chiang J C, Aggerstam T, Lourdudoss S 2007 Phys. Rev. B 75 245307

    [3]

    He X W, Shen B Tang Y Q, Tang N, Yin C M, Xu F J, Yang Z J, Zhang G Y, Chen Y H Tang C G, Wang Z G 2007 Appl. Phys. Lett. 91 071912

    [4]

    Pfeffer P, Zawadzki W 1999 Phys. Rev. B 59 R5312

    [5]

    Song H Z, Zhang P, Duan S Q, Zhao X G 2006 Chin. Phys. 15 3019

    [6]

    Yan Y Z, Hu L B 2010 Chin. Phys. B. 19 047203

    [7]

    Bernevig B A, Hughes T L, Zhang S C 2006 Science 314 1757

    [8]

    Konig M, Wiedmann S, Bruene C, Roth A, Buhmann H, Molenkamp L W, Qi X L, Zhang S C 2007 Science 318 766

    [9]

    Miao M S, Yan Q, van de Walle C G, Lou W K, Li L L, Chang K 2012 Phys. Rev. Lett. 109 186803

    [10]

    Zhang D, Lou W K, Miao M S, Zhang S C, Chang K 2013 Phys. Rev. Lett. 111 156402

    [11]

    Ganichev S D, Bel'kov V V, Golub L E, Ivchenko E L, Schneider P, Giglberger S, Eroms J, de Boeck J, Borghs G, Wegscheider W, Weiss D, Prettl W 2004 Phys. Rev. Lett. 92 256601

    [12]

    Dresselhaus G 1955 Phys. Rev. 100 580

    [13]

    Bychkov Y A, Rashba E I 1984 J. Phys. C 17 6039

    [14]

    Bychkov Y A, Rashba E I 1984 JETP Lett. 39 78

    [15]

    Wolf S A, Awschalom D D, Buhrman R A, Daughton J M, von Molnr S, Roukes M L, Chtchelkanova A Y, Treger D M 2001 Science 294 1488

    [16]

    de Andrada e Silva E A, La Rocca G C, Bassani F 1994 Phys. Rev. B 50 8523

    [17]

    de Andrada e Silva E A, La Rocca G C, Bassani F 1997 Phys. Rev. B 55 16293

    [18]

    Winkler R 2003 Spin-Orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems (Berlin: Springer) pp77-86

    [19]

    Yang W, Chang K 2006 Phys. Rev. B 73 113303

    [20]

    Yang W, Chang K 2006 Phys. Rev. B 74 193314

    [21]

    Hao Y F 2014 J. App. Phys. 115 244308

    [22]

    Hao Y F 2015 J. App. Phys. 117 013911

    [23]

    Hao Y F 2015 Phys. Lett. A 379 2853

    [24]

    Hao Y F, Chen Y H, Hao G D, Wang Z G 2009 Chin. Phys. Lett. 26 037103

    [25]

    Hao Y F, Chen Y H, Hao G D, Wang Z G 2009 Chin. Phys. Lett. 26 077104

    [26]

    Yang P, L Y W, Wang X B 2015 Acta Phys. Sin. 64 197303 (in Chinese) [杨鹏, 吕燕伍, 王鑫波 2015 物理学报 64 197303]

    [27]

    Litvinov V I 2003 Phys. Rev. B 68 155314

    [28]

    Litvinov V I 2006 Appl. Phys. Lett. 89 222108

    [29]

    Li M, Zhang R, Zhang Z, Yan W S, Liu B, Fu Deyi, Zhao C Z, Xie Z L, Xiu X Q, Zheng Y D 2010 Superlattices Microstruct. 47 522

    [30]

    Koga T, Nitta J, Akazaki T, Takayanagi H 2002 Phys. Rev. Lett. 89 046801

    [31]

    Schmult S, Manfra M J, Punnoose A, Sergent A M, Baldwin K W, Molnar R J 2006 Phys. Rev. B 74 033302

    [32]

    Li M, L Y H, Yang B H, Zhao Z Y, Sun G, Miao D D, Zhao C Z 2011 Solid State Communi. 151 1958

    [33]

    Li M 2013 Commun. Theor. Phys. 60 119

    [34]

    Li M, Sun G, Fan L B 2012 Chin. Phys. Lett. 29 127104

    [35]

    Li M, Zhang R, Liu B, Fu D Y, Zhao C Z, Xie Z L, Xiu X Q, Zheng Y D 2012 Acta Phys. Sin. 61 027103 (in Chinese) [李明, 张荣, 刘斌, 傅德彝, 赵传阵, 谢自力, 修向前, 郑有炓 2012 物理学报 61 027103]

    [36]

    Calsaverini R S, Bernardes E, Carlos E J, Loss D 2008 Phys. Rev. B 78 155313

    [37]

    Bernardes E, Schliemann J, Lee M, Carlos E J, Loss D 2007 Phys. Rev. Lett. 99 076603

    [38]

    Tan I H, Snider G L, Chang L D Hu E L 1990 J. Appl. Phys. 68 4071

    [39]

    Wang X B, Zhao Z P, Feng Z H 2014 Acta Phys. Sin. 63 080202 (in Chinese) [王现彬, 赵正平, 冯志红 2014 物理学报 63 080202]

    [40]

    Ambacher O, Foutz B, Smart J Shealy J R, Weimann N G, Chu K, Murphy M Sierakowski A J, Schaff W J, Eastman L F, Dimitrov R, Mitchell A, Stutzmann M 2000 J. Appl. Phys. 87 334

    [41]

    Ambacher O 1999 J. Appl. Phys 85 3222

    [42]

    Kumagai M, Chuang S L, Ando H 1998 Phys. Rev. B 57 15303

    [43]

    Suzuki M, Uenoyama T, Yanase A 1995 Phys. Rev. B 52 8132

    [44]

    Bernardini F, Fiorentini V, Vanderbilt D 1997 Phys. Rev. B 56 R10024

  • [1] 李明, 张荣, 刘斌, 傅德颐, 赵传阵, 谢自力, 修向前, 郑有炓. AlGaN/GaN量子阱中子带的Rashba自旋劈裂和子带间自旋轨道耦合作用研究. 物理学报, 2012, 61(2): 027103. doi: 10.7498/aps.61.027103
    [2] 梁滔, 李铭. 自旋轨道耦合系统中的整数量子霍尔效应. 物理学报, 2019, 68(11): 117101. doi: 10.7498/aps.68.20190037
    [3] 徐荣青, 周青春, 王嘉赋. 自旋-轨道耦合对磁性绝缘体磁光Kerr效应的影响. 物理学报, 2002, 51(7): 1639-1644. doi: 10.7498/aps.51.1639
    [4] 龚士静, 段纯刚. 金属表面Rashba自旋轨道耦合作用研究进展. 物理学报, 2015, 64(18): 187103. doi: 10.7498/aps.64.187103
    [5] 施婷婷, 汪六九, 王璟琨, 张威. 自旋轨道耦合量子气体中的一些新进展. 物理学报, 2020, 69(1): 016701. doi: 10.7498/aps.69.20191241
    [6] 李志强, 王月明. 一维谐振子束缚的自旋轨道耦合玻色气体. 物理学报, 2019, 68(17): 173201. doi: 10.7498/aps.68.20190143
    [7] 杨圆, 陈帅, 李小兵. Rashba自旋轨道耦合下square-octagon晶格的拓扑相变. 物理学报, 2018, 67(23): 237101. doi: 10.7498/aps.67.20180624
    [8] 余志强, 谢泉, 肖清泉. 狭义相对论下电子自旋轨道耦合对X射线光谱的影响. 物理学报, 2010, 59(2): 925-931. doi: 10.7498/aps.59.925
    [9] 陈光平. 简谐+四次势中自旋轨道耦合旋转玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构. 物理学报, 2015, 64(3): 030302. doi: 10.7498/aps.64.030302
    [10] 杨杰, 董全力, 江兆潭, 张杰. 自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响. 物理学报, 2011, 60(7): 075202. doi: 10.7498/aps.60.075202
    [11] 陈东海, 杨谋, 段后建, 王瑞强. 自旋轨道耦合作用下石墨烯pn结的电子输运性质. 物理学报, 2015, 64(9): 097201. doi: 10.7498/aps.64.097201
    [12] 张磊, 李辉武, 胡梁宾. 二维自旋轨道耦合电子气中持续自旋螺旋态的稳定性的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 177203. doi: 10.7498/aps.61.177203
    [13] 刘胜利, 厉建峥, 程杰, 王海云, 李永涛, 张红光, 李兴鳌. 强自旋轨道耦合化合物Sr2-xLaxIrO4的掺杂和拉曼谱学. 物理学报, 2015, 64(20): 207103. doi: 10.7498/aps.64.207103
    [14] 李小毛, 陈宇光, 肖贤波. 含stubs量子波导系统的电子自旋极化输运性质. 物理学报, 2009, 58(11): 7909-7913. doi: 10.7498/aps.58.7909
    [15] 耿虎, 计青山, 张存喜, 王瑞. 缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应. 物理学报, 2017, 66(12): 127303. doi: 10.7498/aps.66.127303
    [16] 刘红侠, 高博, 卓青青, 王勇淮. 极化效应对AlGaN/GaN异质结p-i-n光探测器的影响. 物理学报, 2012, 61(5): 057802. doi: 10.7498/aps.61.057802
    [17] 周丽霞, 燕友果. 共面不对称条件下He和Ar原子(e, 2e)反应过程中的极化效应和后碰撞相互作用. 物理学报, 2008, 57(12): 7619-7622. doi: 10.7498/aps.57.7619
    [18] 张存喜, 王瑞, 孔令民. 太赫兹场辅助的单量子阱自旋共振输运. 物理学报, 2010, 59(7): 4980-4984. doi: 10.7498/aps.59.4980
    [19] 黄政, 龙超云, 周勋, 徐明. 双势垒抛物势阱磁性隧道结隧穿磁阻及自旋输运性质的研究. 物理学报, 2016, 65(15): 157301. doi: 10.7498/aps.65.157301
    [20] 陈艳丽, 彭向阳, 杨红, 常胜利, 张凯旺, 钟建新. 拓扑绝缘体Bi2Se3中层堆垛效应的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(18): 187303. doi: 10.7498/aps.63.187303
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-19
  • 修回日期:  2016-02-01
  • 刊出日期:  2016-05-05

Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba自旋劈裂

  • 1. 许昌学院电气信息工程学院, 许昌 461000
  • 通信作者: 李明, mingli245@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61306012)、河南省高等学校青年骨干教师(批准号: 2015GGJS-145)和许昌学院杰出青年骨干人才计划资助的课题.

摘要: 正如人们所知, 可以通过电场或者设计非对称的半导体异质结构来调控体系的结构反演不对称性(SIA)和Rashba自旋劈裂. 本文研究了Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中第一子带的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂随Al0.3Ga0.7N插入层(右阱)的厚度ws以及外加电场的变化关系, 其中GaN层(左阱)的厚度为40-ws . 发现随着ws的增加, 第一子带的Rashba系数和Rashba自旋劈裂首先增加, 然后在ws20 时它们迅速减小, 但是ws30 时Rashba自旋劈裂减小得更快, 因为此时kf也迅速减小. 阱层对Rashba系数的贡献最大, 界面的贡献次之且随ws变化不是太明显, 垒层的贡献相对比较小. 然后, 我们假ws=20 , 发现外加电场可以很大程度上调制该体系的Rashba系数和Rashba自旋劈裂, 当外加电场的方向同极化电场方向相同(相反)时, 它们随着外加电场的增加而增加(减小). 当外加电场从-1.5108 Vm-1到1.5108 V m-1变化时, Rashba系数随着外加电场的改变而近似线性变化, Rashba自旋劈裂先增加得很快, 然后近似线性增加, 最后缓慢增加. 研究结果表明可以通过改变GaN层和Al0.3Ga0.7N层的相对厚度以及外加电场来调节Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂, 这对于设计自旋电子学器件有些启示.

English Abstract

参考文献 (44)

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