Наногетероструктуры и спинтроника

Голуб Леонид Евгеньевич

Мои научные интересы лежат в области транспортных и оптических свойств полупроводниковых наногетероструктур. Эти объекты размером в несколько нанометров состоят из слоев различных полупроводниковых материалов. Физические процессы в них определяются квантовыми свойствами частиц, которые проявляются при столь малых размерах системы. Поэтому мои научные планы связаны с решением этих задач в системах со спин-орбитальным взаимодействием - изучением эффектов, в которых проявляется спин частиц, такое же фундаментальное их свойство, как заряд и масса.

Я работаю над проблемами магнетотранспорта двумерного электронного газа, изучаю эффекты слабой локализации и Шубникова-де Гааза. С привлечением методов функций Грина, в рамках как низкотемпературной диаграммной техники, так и техник Мацубары и Келдыша, рассчитываю магнетопроводимость двумерных систем в классически слабых полях (аномальное магнетосопротивление) и в квантующих полях (шубниковские осцилляции). Рассматриваю двумерные системы с несколькими подзонами размерного квантования, в которых поверхность Ферми является многосвязной. Изучаю эффект короткодействующей части рассеивающего потенциала, которая приводит к рассеянию между подзонами.

При изучении влияния межподзонного рассеяния на эффект слабой локализации показано, что кинетические коэффициенты, определяющие электропроводность, эффективно усредняются при сильном межподзонном рассеянии. Система ведет себя как одноподзонная со взвешенными параметрами (временами релаксации и коэффициентами диффузии).

Температурное изменение спектра шубниковских осцилляций в таких системах также сильно зависит от интенсивности рассеяния между подзонами. При низкой температуре спектр состоит из различных частот, соответствующих заполнениям двумерных подзон. Однако было показано, что при высокой интенсивности межподзонного рассеяния осцилляции начинают происходить на "разностных" частотах, причем их амплитуда не падает с температурой.

Я разработал теорию слабой локализации в системах с сильным спин-орбитальным взаимодействием. Аномальное магнетосопротивление было рассчитано для различных систем со сложной зонной структурой: изучены как объемные полупроводники, так и квантовые ямы p-типа. Получен результат о смене знака магнетосопротивления при изменении концентрации двумерных дырок. Дальнейшая совместная работа с экспериментаторами из института Нильса Бора Копенгагенского университета продемонстрировала согласие теории и эксперимента.

Построенная теория позволила объяснить эксперименты по переходу металл-изолятор в двумерных дырочных системах. Расчеты температурной зависимости сопротивления показывают, что переход в определенном интервале температур обусловлен спин-орбитальным взаимодействием.

Рассмотрение свойств носителей в валентной зоне полупроводников производится в модели эффективного гамильтониана Латтинжера. Из-за сильного спин-орбитального взаимодействия волновые функции носителей являются многокомпонентными, что делает дырочные задачи трудоемкими. В двумерных системах требуются численные расчеты для сравнения с реальным экспериментом. Подобные расчеты я провожу и при изучении оптических свойств гетероструктур.

Я изучал внутризонное поглощение света при переходах между двумерными подзонами размерного квантования дырок. В теоретической работе было предсказано, что в спектрах ИК-поглощения будут доминировать особенности Ван Хова, обусловленные непараболическим спектром носителей. В дальнейшем я успешно применил построенную теорию к объяснению экспериментальных данных.

Аппарат гамильтониана Латтинжера я также применял при изучении магнетооптических свойств квантовых ям. В совместной работе с французскими экспериментаторами я рассчитал дырочный g-фактор в квантовых ямах. Теоретический анализ, проведенный в данной работе, позволил впервые определить фундаментальный зонный параметр q для GaAs.

Еще одна область моих интересов - экситоны в наноструктурах. Я изучал локализацию экситонов на островках в структурах с квантовыми ямами и рассматривал кинетику низкотемпературной люминесценции таких экситонов. Для этого была построена кинетическая теория, учитывавшая энергетическую туннельную релаксацию на акустических фононах, рассчитаны стационарный и временные спектры экситонной фотолюминесценции. Применение теории к экспериментам, проведенным с временным разрешением, позволило определить параметры изучавшихся гетероструктур. Также было изучено влияние спиновой релаксации экситонов на спектры фотолюминесценции в магнитном поле.

Энергетическая релаксация свободных экситонов - также предмет моих исследований. Я изучал взаимодействие с неравновесными акустическими фононами и показал, что вероятность рассеяния на акустических колебаниях как функция частоты фонона имеет максимум, положение которого очень чувствительно к ширине квантовой ямы. На основании этого вывода удалось объяснить эксперименты по разогреву экситонов неравновесными акустическими фононами в квантовых ямах различной ширины.

В последнее время мои интересы сосредоточены на оптических и транспортных эффектах в двумерных системах, в которых существенны спиновые степени свободы носителей. Помимо актуальности этой темы, связанной с развитием "спинтроники", она также весьма интересна с точки зрения теории. В работе о спиновой релаксации в полупроводниковых гетероструктурах я показал, что совместное действие двух типов спиновых расщеплений приводит к анизотропии времен спиновой когерентности в двумерных системах. Эта анизотропия может быть гигантской, и, как показали последующие работы, отношение времен может меняться в широких пределах такими часто и успешно используемыми в физике полупроводников методами, как вариация температуры или приложенного к гетероструктуре напряжения.

Работа по этой тематике повлекла за собой целый ряд публикаций других ученых, в том числе иностранных теоретиков, в которых предсказанный эффект исследовали в многозонных моделях для лучшего сопоставления с экспериментами. Кроме того, по моей инициативе в ФТИ им. А. Ф. Иоффе выращены соответствующие гетероструктуры и в настоящее время ведется экспериментальный поиск предсказанного эффекта. Исследования по спиновой релаксации продолжились изучением различных ее механизмов как для электронов, так и для дырок в двумерных системах. Результаты опубликованы в тематическом обзоре для Inst. of Physics Publishing.

В дальнейшем я планирую продолжить изучение спиновой динамики. Объектом будут носители тока и экситоны, локализованные в квантовых точках. Я также начинаю работать над проблемой спинового расщепления в алмазоподобных гетероструктурах. В последние 10 лет этот вопрос широко изучали в системах с решеткой цинковой обманки, таких как GaAs и т. п., но сейчас все большее внимание ученых, занимающихся спинтроникой, привлекают Si/Ge структуры.

Планирую построить эффективный гамильтониан электронов проводимости в таких системах, которые могут располагаться в различных точках зоны Бриллюэна. Для этого будет применен метод инвариантов теории представлений групп, в том числе и проективных. Спиновое расщепление приводит к циркулярному фотогальваническому эффекту в квантовых ямах. Я получил новый результат при изучении этого явления: различные спиновые расщепления, неразличимые в других эффектах, приводят к абсолютно различным "циркулярным" фототокам. Также в моих планах изучение эффекта Шубникова-де Гааза в системах со снятым спиновым вырождением. Задача актуальна в связи с новыми экспериментами по магнетотранспорту двумерных систем в наклонном магнитном поле, когда имеется как зеемановское расщепление спиновых уровней, так и циклотронное движение.

Необходимо отметить, что я работал под руководством таких квалифицированных теоретиков, как Г. Е. Пикус, Е. Л. Ивченко, Н. С. Аверкиев. В то же время, у меня есть и самостоятельные публикации, а также совместные статьи с экспериментальными группами. Мои работы известны и признаны в России и в мире. Я неоднократно выступал с семинарами в различных европейских университетах, а также на российских и международных конференциях, в течение года работал в Университете Чалмерса в Гетеборге (Швеция) в группе проф. М. Вилландера и несколько раз посещал университет г. Регенсбурга (Германия) в рамках различных совместных проектов.


1
Показать комментарии (1)
Свернуть комментарии (1)

  • Ксюша  | 04.06.2007 | 15:33 Ответить
    Мои научные интересы лежат в области спинтроники и наноструктур.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»