Спиновая релаксация в массивах туннельно-связанных Ge/Si квантовых точек
Диссертация
Автор признателен к.ф.-м.н. А. В. Ненашеву, в сотрудничестве с которым были получены основные результаты данной работы, к.ф.-м.н. Н. П. Стёпиной за помощь в проведении экспериментальной части работы и всех сотрудников лаборатории неравновесных полупроводниковых систем ИФП СО РАН, в тёплой и дружественной атмосфере которой была сделана эта работа. Персональную благодарность автор выражает нашим… Читать ещё >
Список литературы
- Zutic 1., Fabian J., Das Sarma S. Spintronics: Fundamentals and applications. — Reviews of modern physics, 2004, v.76, № 2, pp.323−410.
- Feher G. Electron Spin Resonance Experiments on Donors in Silicon. I. Electronic Structure of Donors by the Electron Nuclear Double Resonance Technique. — Phys. Rev., 1959, v. 114, № 5 pp.1219−1244.
- Feher G. and Gere E. Electron Spin Resonance Experiments on Donors in Silicon. II. Electron Spin Relaxation Effects. Phys. Rev., 1959, v. 114, № 5, pp.1245−1256.
- Wilson D. K. and Feher G. Electron Spin Resonance Experiments on Donors in Silicon. Ill Investigation of Excited States by the Application of Uniaxial Stress and Their Importance in Relaxation Processes. Phys. Rev., 1961, v.124, № 4, pp.1068−1083.
- Chiba M. and Hirai A., Electron Spin Echo Decay Behaviours of Phosphorus Doped Silicon. — J. Phys. Soc. Jpn., 1972, v. 33, № 3, pp.730−738.
- Vrijen R., Yablonovitch E., Wang K., Jiang H. W., Balandin A., Roychowdhury V.", Мог Т.,
- DiVincenzo D. Electron-spin-resonance transistors for quantum computing in silicongermanium heterostructures. Phys. Rev. A, 2000, v. 62, № 1, pp.12 306−1 — 12 306−10.
- Kikkawa J. M., Awshalom D. D. Resonant Spin Amplification in n-Type GaAs. Phys. Rev. Lett., 1998, v.80, № 19, pp.4313−4316.
- Yakimov A. I., Stepina N. P., Dvurechenskii A. V., Nikiforov A. I., Nenashev A. V. Interband absorption in charged Ge/Si type-II quantum dots. — Phys. Rev. B, 2001, v. 63, № 4, pp. 45 312−1 45 312−6.
- Averkiev N. S., Golub L. E., Willander M. Spin relaxation in asymmetrical heterostructures. -Физика и техника полупроводников, 2002, т.36, вып.1, с. 97−103.
- Averkiev N. S. and Golub L. E. Giant spin relaxation anisotropy in zinc-blende heterostructures. -Phys. Rev. B, 1999, v.60, № 23, pp.15 582−15 584.
- Kroutvar M., Ducommun Y., Heiss D., Bichler M., Schuh D., Abstreiter G., Finley J. Optically programmable electron spin memory using semiconductor quantum dots. —Nature 2004, v.432, pp. 81−84.
- Loss D. and DiVicenzo D. Quantum computation with quantum dots. — Phys. Rev. A, 1998, v.57, № 1, pp. 120−126.
- Recher P., Sukhorukov E. V. and Loss D. Quantum Dot as Spin Filter and Spin Memory. -Phys. Rev. Lett., 2000, v.85, № 9, pp.1962−1965.
- Grundmann M., Stier O., Bimberg D. InAs/GaAspyramidal quantum dots: Strain distribution, opticalphonons, and electronic structure. Phys. Rev. B, 1995, v. 52, № 16, pp.11 969−11 981.
- Drexler H., Leonard D., Hansen W., Kotthaus J.P., Petroff P.M. Spectroscopy of Quantum Levels in Charge-Tunable InGaAs Quantum Dots. Phys. Rev.Lett., 1994, v.73, № 16, p.2252−2255.
- Miller B.T., Hansen W., Manus S., Luyken R.J., Lorke A., Kotthaus J.P., Huant S., Medeiros-Ribeiro G., Petroff P.M. Few-electron ground states of charge-tunable self-assembled quantum dots. -Phys.Rev.B, 1997, v.56, № 11, pp.6764−6769.
- Zrenner A., Markmann M., Beham E., Findeis F., Bohm G., Abstreiter G. Spatially Resolved Spectroscopy on Single Self-Assembled Quantum Dots. Journal of Electronic Materials, 1999, v.28, № 5, pp. 542−547
- Bayer M., Stern 0., Kuther A., Forchel A. Spectroscopic study of dark excitons in InxGaj. x As self-assembled quantum dots by a magnetic-field-induced symmetry breaking. — Phys. Rev. B, 2000, v.61, № 11, pp.7273−7276.
- Patane A., Levin A., Main P. C., Eaves L., Vdovin E. E., Khanin Y. N., Dubrovskii Y. V., Henini M., Hill G. Magnetotunnelling spectroscopy for probing the electron wave functions in self-assembled quantum dots. — Physica В 2001, v. 298, pp.254−259.
- Bayer M., Timofeev V.B., Gutbrod Т., Forchel A., Steffen R., Oshinowo J. Enhancement of spin splitting due to spatial confinement in InxGal-xAs quantum dots. — Phys.Rev.B, 1995, v.52, № 16, R11623-R11625.
- Yafet Y. g-factors and spin-lattice relaxation of conduction electrons. — Solid State Physics, 1963, v.14, pp. 1−98.
- Аронов А.Г., Лянда-Геллер Ю.Б., Пикус Г. Е. Спиновая поляризация электронов электрическим током. -ЖЭТФ, 1991, v. 100, с. 973.
- Chaplik A.V., Entin M.V., Magarill L.I. Spin orientation of electrons by lateral electric field in 2D system without inversion symmetry. Phys. E, 2002, v. 13, № 2−4, pp. 744−747.
- Рашба Э.И. Свойства полупроводников с петлей экстремумов. Циклотронный и комбинированный резонанс в магнитном поле перпендикулярном плоскости петли. — ФТТ, 1960, т.2, с. 1224.
- Ohkawa F. J., Uemura Y. Quantized surface states of a narrow gap semiconductors- J. Phys. Soc. Jpn., 1974, v.37, p. 1325.
- Васько Ф. Т. Спиновое расщепление спектра двумерных электронов, обусловленное поверхностным потенциалом. Письма в ЖЭТФ, 1979, т. ЗО, с. 574.
- Бычков Ю.А., Рашба Э. И. Свойства двумерного электронного газа со снятым вырождением спектра. Письма в ЖЭТФ 1984, т. 39, вып. 2, с. 66−69.
- Bychkov Y. A., Rashba Е. I. Oscillatory effects and the magnetic susceptibility of carriers in inversion layers. J. Phys. C: Solid State Phys., 1984, v. 17, pp.6039−6045.
- Dresselhaus G. Spin-Orbit Coupling Effects in Zinc Blende Structures Phys. Rev., 1955, v.100, № 2, pp.580−586.
- Дьяконов М. И., Качоровский В. Ю. Спиновая релаксация двумерных электронов в полупроводниках без центра инверсии. ФТП, 1986, т.20, вып.1, с. 178−189.
- Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М, Питаевский Л. П. Квантовая электродинамика. — М.: Наука, 1989.-728 с.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). — М.: Наука, 1989.-768 с.
- Киттель Ч. Квантовая теория твердых тел М.: Наука, 1967. — 492 с.
- Калевич В.К., Захарченя Б. П., Фёдорова О. М. Сильная анизотропия g-фактора электронов проводимости в квантовых ямах GaAs/AlGaAs. — Физика твёрдого тела, 1995, т. 37, вып.1, с.283−287.
- Ивченко Е.Л., Киселёв А. А. Электронный g-фактор в квантовых ямах и сверхрешетках. Физика и техника полупроводников, 1992, т. 26, вып. З, с. 1471−1479.
- Kiselev A. A., Ivchenko E.L. Electron g factor in one- and zero-dimensional semiconductor nanostructures. -Phys.Rev.B, 1998, v.58, № 24, p.16 353−16 359.
- Киселёв A.A., Моисеев Л. В. Зеемановское расщепление состояний тяжёлой дырки в гетероструктурах А3В5 UA2B6. ФТТ, 1996, т. 38, вып. 5, с.1574−1585.
- Winkler R., Papadakis S.J., De Poortere E.P., Shayegan M. Highly Anisotropic g-Factor of Two-Dimensional Hole Systems. Phys.Rev.Lett., 2000, v.85, № 21, pp.4574−4577.
- Kiselev A. A., Kim K.W. In-plane light-hole g factor in strained cubic heterostructures. — Phys.Rev.B, 2001, v.64, № 12, pp.125 303−1 125 303−7.
- Marie X., Amand Т., Jeune P., Paillard M., Renucci P., Golub L. E., Dymnikov V. D., Ivchenko E. L. Hole spin quantum beats in quantum-well structures. — Phys. Rev. В 1999, v. 60, № 8, pp. 5811−5817.
- Бир Г. Л., ПикусГ. Е., Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках. М.: Наука, 1972.-584 с.
- Datta S., Das B. Electronic analog of the electro-optic modulator.— Appl. Phys. Lett., 1990, v.56, № 7, pp.665−667.
- Schliemann J., Carlos Egues J., Loss D. Nonballistic Spin-Field-Effect Transistor. — Phys. Rev. Lett. 2003, v. 90, № 14, pp.146 801−1 146 801−4.
- Kane B.E. A Silicon-based Nuclear Spin Quantum Computer. — Nature, 1998, v.393, № 5, pp. 133−137.
- Kane B.E. Silicon-based Quantum Computation. 2000, E-print arXiv: quant-ph/3031vl, 14 p.
- Kikkawa J.M., Awschalom D.D. Lateral Drag of Spin Coherence in Gallium Arsenide. -Nature, 1999, v.397, pp.139−141.
- Болховитянов Ю.Б., Пчеляков О. П., Соколов JI.B., Чикичев С. И. Искусственные подложки GeSi достижения и проблемы. — ФТП 2003, т. 37, вып.5, с. 513 — 538.
- Jiang Н. W., Yablonovitch Е. Gate-Controlled Electron Spin Resonance in GaAs/AlGaAs Heterostructure. Phys. Rev. В 2001 v. 64, pp.41 307−1 — 41 307−4.
- Zanardi P., Rossi F. Quantum Information in Semiconductors: Noiseless Encoding in Quantum-Dot Array.- Phys. Rev. Lett., 1998, v.81, № 21, pp. 4752−4755.
- Shklyaev A., Shibata M., Ichikava M. Instability of 2D Ge layer near the transition to 3D islands on Si (lll). Thin Solid Films, 1999, v. 343/344, pp. 532−536.
- Nenashev A. V., Dvurechenskii A. V., Zinovieva A. F. Wave functions and g-factor of holes in Ge/Si quantum dots. Phys. Rev. B, 2003, v. 67, № 20, pp. 205 301−1 — 205 301−10
- Titkov A. N., Safarov V. I., and Lampel G, in Physics of Semiconductors, Proceedings of the Fourteenth International Conference, edited by B. L. H. Wilson, IOP Conf. Proc. No. 43 (Institute of Physics and Physical Society, London, 1978), p. 1031.
- Оптическая ориентация. под ред. Б. П. Захарчени и Ф. Майера. — JL: Наука, 1989. -408 с.
- Lampel G. Nuclear dynamic polarization by optical electronic saturation and optical pumping in semiconductorsPhys. Rev. 1968, v. 20, № 10, pp. 491 493.
- Epstein R. J,. Fuchs D. T, Schoenfeld W. V., Petroff P. M., and Awschalom D. D., Hanle effect measurements of spin lifetimes in InAs self-assembled quantum dots. Appl. Phys. Lett., 2001, v.78, № 6, pp.733 -735.
- Engel H.-A., Loss D. Detection of Single Spin Decoherence in a Quantum Dot via Charge Currents. Phys. Rev. Lett., 2001, v.86, № 20, pp.4648−4651
- Wilamowski Z., Jantsch W., Malissa H., Rossler U. Evidence and evaluation of the Bychkov-Rashba effect in SiGe/Si/SiGe quantum wells. Phys. Rev. B, 2002, v.66, № 19, pp. 195 315−1 -195 315−6.
- Graeff C. F. O., Brandt M. S., Stutzmann M., Holzmann M., Abstreiter G., Schaffler F. Electrically detected magnetic resonance of two-dimensional electron gases in Si/SiGe heterostructures. Phys. Rev. В 1999, v.59, № 20, pp.13 242 — 13 250.
- Tyryshkin A. M., Lyon S. A., Jantsch W., Schaffler F. Spin Manipulation of Free Two-Dimensional Electrons in Si/SiGe Quantum Well. Phys. Rev. Lett. 2005, v.94, pp. 126 802−1 -126 802−4.
- Zhong Z., Bauer G. Site-controlled and size-homogeneous Ge islands on prepatterned Si (001) substrates Appl. Phys. Lett. 2004, v.84, pp. 19 922−19 924
- Yakimov A.I., Dvurechenskii A.V., Nikiforov A.I., Pcheljakov O.P. Formation of Zero-Dimensional Hole States in Ge/Si Heterostructures Probed with Capacitance Spectroscopy. — Thin Solid Films, 1998, v.336, pp.332−335.
- Ненашев А. В., Двуреченский А. В. Пространственное распределение упругих деформаций в структурах Ge/Si с квантовыми точками. — ЖЭТФ, 2000, т. 118, № 3, с. 570−578.
- Van de Walle С. G. Band lineups and deformation potentials in the model-solid theory. Phys. Rev. B, 1989, v. 39, № 3, pp. 1871−1883.
- Абрагам А., Блини Б., Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Том 1, М.: Мир, 1972.-652 с.
- Двуреченский А. В., Ненашев А. В., Якимов А. И. Электронная структура квантовых точек Ge/Si. — Известия академии наук, серия физическая, 2002, т. 66, вып. 2, с. 156−159.
- Харрисон У. Электронная структура и свойства твердых тел. Том 1- М.: Мир, 1983. — 381 с.
- Chadi D. J., Cohen М. L. Tight-Binding Calculations of the Valence Bands of Diamond and Zincblende Crystals. Physica Status Solidi (b), 1975, v. 68, pp. 405−419
- Slater J. C., Koster G. F. Simplified LCAO Method for the Periodic Potential Problem. — Phys. Rev., 1954, v. 94, № 6, pp. 1498−1524.
- Jancu J.-M., Scholz R., Beltram F., Bassani F. Empirical spds* tight-binding calculation for cubic semiconductors: General method and material parameters. — Phys. Rev. B, 1998, v. 57, № 11, pp. 6493−6507.
- Chadi D. J. Spin-orbit splitting in crystalline and compositionally disordered semiconductors. — Phys. Rev. B, 1977, v. 16, № 2, pp. 790−796.
- Кунин С. Вычислительная физика. -М.: Мир, 1992.-518 с.
- Kiselev A. A., Rossler U. Quantum wells with corrugated interfaces: Theory of electron states. Phys. Rev. B, 1994, v. 50, № 19, pp. 14 283−14 286.
- Pedersen F. В., Chang Y.-C. Energy levels of one and two holes in parabolic quantum dots. — Phys. Rev. B, 1996, v. 53, № 3, pp. 1507−1516.
- Wang L.-W., Zunger A. Solving Schrodinger’s equation around a desired energy: Application to silicon quantum dots. J. Chem. Phys., 1994, v. 100, № 3, pp. 2394−2397.
- Dargys A., Kundrotas J. Handbook on physical properties of Ge, Si, GaAs and InP. Vilnius: Science and Encyclopedia Publishers, 1994. — 264 p.
- Dresselhaus G., Kip A. F., Kittel C. Cyclotron Resonance of Electrons and Holes in’Silicon and Germanium Crystals. Phys. Rev. 1955, v. 98, № 2, pp. 368 — 384.
- Winkler R., Merkler M., Darnhofer Т., Rossler U. Theory for the cyclotron resonance of holes in strained asymmetric Ge-SiGe quantum wells. Phys. Rev. В 1996, v.53, № 16, pp. 10 858 -10 865.
- Lawaetz P. Valence-Band Parameters in Cubic Semiconductors. Phys. Rev. В 1971, v. 4, № 10, pp.3460−3467.
- Van Vechten J. A. Quantum Dielectric Theory of Electronegativity in Covalent Systems. I. Electronic Dielectric Constant. Phys. Rev. 1969, v. 182, № 3, pp. 891 — 905.
- Hensel J. C., Suzuki K. Anisotropy of the gfactor of the free hole in Ge and conduction-band spin-orbit splitting. Phys. Rev. Lett., 1969, v.'22,№ 16, pp. 838−840.
- Aggarwal R. L. Stress-Modulated Magnetoreflectance for the Direct Transitions Г^.2 -" Г2. and Г'" → Г2, in Germanium. Phys. Rev. B, 1970, v. 2, № 2, pp. 446−458.
- Альтшулер С. А., Козырев Б. M. Электронный парамагнитный резонанс. М. ФИЗМАТЛИТ, 1961. — 368 с.
- Feher G, Hensel J.C., Gere E. A. Paramagnetic Resonance Absorption from Acceptors in Silicon. Phys. Rev. Lett. I960, V. 5, pp. 309−311.
- Newbrand H. ESR from Boron in Silicon at Zero and Small External Stress. Phys. Stat. Sol. (b) v. 86, pp.269−275.
- Haendel K.-M., Winkler R., Denker U., Schmidt O.G., Haug R. J. Giant Anisotropy ofZeeman Splitting of Quantum Confined Acceptors in Si/Ge Phys. Rev. Lett. 2006, v. 96, pp. 86 403−1 — 86 403−4.
- Soepangkat H. P., Fisher P. Transverse Zeeman Effect of the Excitation Spectra of Boron and Thallium Impurities in Germanium Phys. Rev. В 1973, v.8, pp.870 — 893.
- Broeckx J, Clauws P, Van den Steen К and Vennik J. Zeeman effect in the excitation spectra of shallow acceptors in germanium: experimental J. Phys. C: Solid State Phys. 1979, v. 12, pp. 4061−4079.
- Шкловский Б. И., Эфрос A. JI. Электронные свойства легированных полупроводников. — М: Наука, 1979.-416 с.
- Roth L. М. g Factor and Donor Spin-Lattice Relaxation for Electrons in Germanium and Silicon. Phys. Rev., 1960, v. 118, № 6, pp. 1534 — 1540.
- J. A. Chroboczek, E. W. Prohofsky, and R. J. Sladek. Magnetically Induced Spin-Reversal Transitions in Impurity Hop Conduction in n-Type Germanium- Phys. Rev. 1968, v. 169, № 3, pp. 593−602.
- A.F. Zinovieva, A.V. Nenashev, A.V. Dvurechenskii. Hole spin relaxation during the tunneling between coupled quantum dots. Phys. Rev. В 2005, v.71, pp. 33 310−1 — 33 310−4.
- Гантмахер В. Ф., Электроны в неупорядоченных средах. -М: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 174 с.
- Зиновьева А. Ф., Ненашев А. В., Двуреченский А. В. Спиновая релаксация дырок в Ge квантовых точках. — Письма в ЖЭТФ, 2005, т. 82, вып. 5, с. 336−340.
- Zinovieva A. F., Nenashev А. V., Dvurechenskii А. V. Fluctuation-stimulated spin relaxation in array of Ge quantum dots. 14 Int. Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», St. Petersburg, June 26−30, 2006, pp 363−364.
- Yakimov A. I., Stepina N. P., Dvurechenskii A. V., Nikiforov A. I., Nenashev A. V. Excitons in charged Ge/Si type-II quantum dots. Semicond. Sci. Technol., 2000, v. 15, pp 1125−1130.
- A. I. Yakimov, A. V. Dvurechenskii, A. I. Nikiforov, A. A. Bloshkin, A. V. Nenashev,
- V. A. Volodin. Electronic states in Ge/Si quantum dots with type-II band alignment initiated by space-charge spectroscopy. — Phys. Rev. B, 2006, v. 73, pp. 115 333−1 115 333−8.
- А. И. Якимов, А. В. Двуреченский, А. А. Блошкин, А. В. Ненашев. Связывание электронных состояний в многослойных напряэ/сенных гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками 2-го типа. — Письма в ЖЭТФ, 2006, т. 83, вып. 4, с. 189−194.
- Shaffler F. High-mobility Si and Ge structures. Semicond. Sci. Technol., 1997, v. 12, pp.1515−1549.
- Breit G., Rabi 1.1. Measurement of nuclear spin. Phys. Rev. 1931, v.38, № 11, pp. 20 822 083.
- Wilamowski Z., Jantsch W. Suppression of spin relaxation of conduction electrons by cyclotron motion. Phys. Rev. B, 2004, v. 69, № 3, p.35 328−1 — 35 328−10.
- Дьяконов M. И., Перель В. И- Спиновая релаксация электронов проводимости в полупроводниках без центра инверсии. — ФТТ, 1972, т.13, с. 3581.
- Сликтер Ч. Основы теории магнитного резонанса. М.: Мир, 1967. — 324 с.
- Ando Т., Akera Н. Connection of envelope functions at semiconductor interfaces. II. Mixings of Г and X valleys in GaAs/AlxGai-xAs. Phys. Rev. B, 1989, v. 40, № 17, pp 1 161 911 633.
- Fu Y., Willander M., Ivchenko E. L., Kiselev A. A. Valley mixing in GaAs/AlAs miltilayer structures in the effective-mass method. Phys. Rev. B, 1993, v. 47, № 20, pp 13 498−1350
- Брагинский JI. С., Романов Д. А. Меэюдолинная конверсия на границе. Микроскопическая модель. ФТТ, 1997, т. 39, № 5, с. 839−843.
- Keating Р. N. Effect of Invariance Requirements on the Elastic Strain Energy of Crystals with Application to the Diamond Structure. — Phys. Rev., 1966, v. 145, № 2, pp 637−645.
- L. Liu. Effects of Spin-Orbit Coupling in Si and Ge. Phys. Rev., 1962, v. 126, № 4, pp. 1317−1328.
- Cardona M., Pollak F. H. Energy-Band Structure of Germanium and Silicon: The kp Method.- Phys. Rev., 1966, v. 142, № 2, pp.530−543.
- Kleinman L., Phillips J. C. Crystal Potential and Energy Bands of Semiconductors. III. Self-Consistent Calculations for Silicon. Phys. Rev., 1960, v. l 18, № 5, pp.1153−1167.
- Woodruff T. O. Application of the Orthogonalized Plane-Wave Method to Silicon Crystal. Phys. Rev. 1956, v. 103, № 5, pp. 1159−1166.