Struktury hybrydowe syntetyzowane z różnych materiałów

19.07.2016

Autor: 
Grzegorz Karczewski, Tomasz Wojtowicz, Maciej Wiater
Zdjecie artykułu: 
struktury hybrydowe

 

 

 

Struktury hybrydowe złożone z różnych materiałów (np. struktury typu półprzewodnik –metal) pozwalają łączyć w jednym przyrządzie funkcjonalności poszczególnych składników struktury. Ponadto, w strukturach hybrydowych własności jednego ze materiałów składowych mogą być kontrolowane i zmieniane poprzez zmiany własności innych składników struktury. Taka wzajemna kontrola własności jest możliwa tylko wtedy, gdy istnieje jakieś sprzężenie pomiędzy poszczególnymi elementami struktury. Na przykład, żeby sprząc właściwości magnetyczne musi powstać oddziaływanie wymiany, które istotnie zależy od przekrycia funkcji falowych, zatem jest ono zazwyczaj krótko-zasięgowe. W hybrydowych strukturach warstwowych zasięg sprzężenia jest dodatkowo skracany przez między-powierzchnię złącza hybrydowego, która niszczy oddziaływania. 

W naszej pracy badaliśmy strukturę hybrydową składającą się z ferromagnetycznej warstwy kobaltu i półprzewodnikowej studni kwantowej CdTe, które oddzielone były od siebie barierą z CdMgTe. Wykorzystując unikatowe możliwości naszego systemy epitaksji z wiązek molekularnych wyhodowaliśmy struktury, w których szerokość bariery zmieniała się liniowo wzdłuż struktury od 0 do kilkudziesięciu nanometrów. W przeciwieństwie do oczekiwanego zaniku oddziaływania wymiennego typu p-d, które powinno maleć wykładniczo wraz ze zmniejszającym się przekryciem funkcji falowej dziury zlokalizowanej w studni kwantowej CdTe i atomów magnetycznych w warstwie kobaltu, nasze badania pokazały, że istnieje silne sprzężenie, które nie zmienia się aż do grubości bariery sięgającej 30 nm. Indukowaną w wyniku tego oddziaływania polaryzację spinową dziur związanych na akceptorach w studni kwantowej tłumaczymy efektywnym oddziaływaniem p-d, które przenoszone jest przez kołowo spolaryzowane fonony. 

Uzyskane wyniki pokazują nowy mechanizm pompowania spinów nośników, który mediowany jest fononami. Mechanizm ten, w badanym przypadku, umożliwił wytworzenie orientacji spinowej dziur w paśmie walencyjnym. Wyniki te otwierają drogę do uzyskania kontroli stanów spinowych poprzez analog zmiennoprądowego efektu Starka. 

 

IF PAN - 1

Ilustracja kołowo spolaryzowanego modu fononowego odpowiedzialnego za przenoszenie oddzialywania p-d między warstwą Co a oddaloną studnią kwantową CdTe. Schemat poziomów energii: kołowo spolaryzowany fonon σphon - o energii ℏωq > Δlh sprzęga stany +3/2 ciężkiej dziury ze stanami wzbudzonymi +1/2 lekkiej dziury indukując zależne od spinu przesunięcie stanu spinowego dziury. Efekt ten jest anaolgiem zmieniprądowego efektu

 

[1] "Long-range p-d exchange interaction in a ferromagnet-semiconductor hybrid structure ”, 
      V. L. Korenev, M. Salewski, I. A. Akimov, V. F. Sapega, L. Langer, I. V. Kalitukha, J. Debus, R. I. Dzhioev, D. R. Yakovlev,
      D. Müller, C. Schröder, H. Hövel, G. Karczewski, M. Wiater, T. Wojtowicz, Yu. G. Kusrayev & M. Bayer, 
      Nature Physics 12, 85 (2016)

 

Kontakt do naukowców:

prof. dr hab. Grzegorz Karczewski

Insytytut Fizyki PAN

Tel. 22 116 25 41

karcz@ifpan.edu.pl

 

prof. dr hab. Tomasz Wojtowicz

Instytut Fizyki PAN

Tel. 22 116 31 23

wojto@ifpan.edu.pl

 

mgr Maciej Wiater

Instutut Fizyki PAN

Tel. 22 116 25 81