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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

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

李明, 张荣, 刘斌, 傅德颐, 赵传阵, 谢自力, 修向前, 郑有炓
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  • 首先把本征值方程投影到导带的子空间中, 进而得到AlGaN/GaN量子阱中第一、二子带的Rashba自旋劈裂系数(1,2)和子带间自旋-轨道耦合系数12. 然后自恰求解薛定谔方程和泊松方程计算了不同栅压的量子阱中的1,2和12, 并分别讨论了量子阱阱层、左右异质结界面和垒层对它们的贡献. 结果表明可以通过栅压来调节自旋-轨道耦合系数, 子带间自旋轨道耦合系数12比Rashba自旋劈裂系数1,2小, 但基本在同一数量级.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60990311, 60721063, 60906025, 60936004), 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2011CB301900), 国家高技术研究发展计划(批准号: 2009AA03A198), 江苏省自然科学基金(批准号: BK2008019, BK2009255, BK2010178)和南京大学扬州光电研究院研发基金资助的课题.
    [1]

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

    [2]

    Ikai Lo, 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]

    Litvinov V I 2003 Phys. Rev. B 68 155314

    [5]

    Pfeffer P, Zawadzki W 1999 Phys. Rev. B 59 5312

    [6]

    Weber W, Ganichev S D, Danilov S N, Weiss D, Prettl W, Kvon N D, Bel’kov V V Golub L E, Cho H I, Lee J H 2005 Appl. Phys. Lett. 87 262106

    [7]

    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

    [8]

    Chao Z J, Gui Y S, Shu X Z, Dai N, Guo S L, Chu J H 2004 Acta Phys. Sin. 53 1186 (in Chinese) [仇志军, 桂永胜, 疏小舟, 戴宁, 郭少令, 禇君浩 2004 物理学报 53 1186]

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    Dresselhaus G 1955 Phys. Rev. 100 580

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

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    [19]

    Zheng Z W, Shen B, Jiang C P, Gui Y S, Someya Y, Zhang R, Shi Y, Zheng Y D, Guo S L, Chu J H, Arakawa Y 2003 J. Appl. Phys. 93 1651

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    Chuang S L, Chang C S 1996 Phys. Rev. B 54 2491

    [25]

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    [26]

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    [27]

    Li M, Zhang R, Zhang Z, Yan W S, Liu B, Fu D, Zhao C Z, Xie Z L, Xiu X Q, Zheng Y D May 2009 13th International Workshop on Computational Electronics p230–233

    [28]

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    [29]

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

    [30]

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

    [31]

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

    [32]

    Ikai Lo, Tsai J K, Yao W J, Ho P C, Tu L W, Chang T C, Elhamri S, Mitchel W C, Hsieh K Y, Huang J H, Huang H L, Tsai W C 2002 Phys. Rev. B 65 R161306

    [33]

    Tsubaki, Maeda N, Saitoh T, Kobayashi N 2002 Appl. Phys. Lett. 80 3126

    [34]

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

    [35]

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

  • [1]

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

    [2]

    Ikai Lo, 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]

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    Pfeffer P, Zawadzki W 1999 Phys. Rev. B 59 5312

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  • [1] 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. 物理学报, 2016, 65(9): 097101. doi: 10.7498/aps.65.097101
    [2] 李东临, 高宏玲, 崔利杰, 曾一平, 商丽燕, 林 铁, 黄志明, 郭少令, 褚君浩, 周文政. In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中双子带占据的二维电子气的输运特性. 物理学报, 2008, 57(4): 2481-2485. doi: 10.7498/aps.57.2481
    [3] 舒 强, 舒永春, 张冠杰, 刘如彬, 姚江宏, 皮 彪, 邢晓东, 许京军, 林耀望, 王占国. 调制掺杂GaAs/AlGaAs 2DEG材料持久光电导及子带电子特性研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1379-1383. doi: 10.7498/aps.55.1379
    [4] 崔利杰, 姚 炜, 朱 博, 仇志军, 郭少令, 林 铁, 桂永胜, 褚君浩, 周文政. 单边掺杂InAlAs/InGaAs单量子阱中二维电子气的磁输运特性. 物理学报, 2006, 55(4): 2044-2048. doi: 10.7498/aps.55.2044
    [5] 周忠堂, 郭丽伟, 邢志刚, 丁国建, 谭长林, 吕 力, 贾海强, 陈 弘, 周均铭, 刘 建, 刘新宇. AlGaN/AlN/GaN结构中二维电子气的输运特性. 物理学报, 2007, 56(10): 6013-6018. doi: 10.7498/aps.56.6013
    [6] 马嵩松, 舒天宇, 朱家旗, 李锴, 吴惠桢. Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展. 物理学报, 2019, 68(16): 166801. doi: 10.7498/aps.68.20191074
    [7] 王威, 周文政, 韦尚江, 李小娟, 常志刚, 林铁, 商丽燕, 韩奎, 段俊熙, 唐宁, 沈波, 褚君浩. GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237302. doi: 10.7498/aps.61.237302
    [8] 张阳, 顾书林, 叶建东, 黄时敏, 顾然, 陈斌, 朱顺明, 郑有炓. ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的研究. 物理学报, 2013, 62(15): 150202. doi: 10.7498/aps.62.150202
    [9] 王现彬, 赵正平, 冯志红. N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟. 物理学报, 2014, 63(8): 080202. doi: 10.7498/aps.63.080202
    [10] 李群, 陈谦, 种景. InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究. 物理学报, 2018, 67(2): 027303. doi: 10.7498/aps.67.20171827
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-07-18
  • 修回日期:  2011-03-29
  • 刊出日期:  2012-01-20

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

  • 1. 江苏省光电信息功能材料重点实验室, 南京大学电子科学与工程学院, 南京微结构国家实验室, 南京 210093
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 60990311, 60721063, 60906025, 60936004), 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2011CB301900), 国家高技术研究发展计划(批准号: 2009AA03A198), 江苏省自然科学基金(批准号: BK2008019, BK2009255, BK2010178)和南京大学扬州光电研究院研发基金资助的课题.

摘要: 首先把本征值方程投影到导带的子空间中, 进而得到AlGaN/GaN量子阱中第一、二子带的Rashba自旋劈裂系数(1,2)和子带间自旋-轨道耦合系数12. 然后自恰求解薛定谔方程和泊松方程计算了不同栅压的量子阱中的1,2和12, 并分别讨论了量子阱阱层、左右异质结界面和垒层对它们的贡献. 结果表明可以通过栅压来调节自旋-轨道耦合系数, 子带间自旋轨道耦合系数12比Rashba自旋劈裂系数1,2小, 但基本在同一数量级.

English Abstract

参考文献 (35)

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