Experimentelle Separation der Rashba- und Dresselhausterme in niederdimensionalen Halbleiterstrukturen

Abstract (German)

Die Grundlage der Spintronik, bei der neben oder an Stelle der Ladung der Spin der Ladungsträger als Informationsträger ausgenutzt wird, liefert eine bisher eher wenig beachtete Eigenschaft niederdimensionaler Halbleiter-Heterostrukturen: die spinabhängige Aufspaltung der Bandstruktur im k-Raum aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung. Ursache für die Aufhebung der Spinentartung sind die {Structure ...

Abstract (German)

Die Grundlage der Spintronik, bei der neben oder an Stelle der Ladung
der Spin der Ladungsträger als Informationsträger ausgenutzt wird, liefert eine bisher eher wenig beachtete Eigenschaft niederdimensionaler Halbleiter-Heterostrukturen: die spinabhängige Aufspaltung der Bandstruktur im k-Raum aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung.

Ursache für die Aufhebung der Spinentartung sind die {Structure Inversion Asymmetry} SIA und die {Bulk Inversion Asymmetry} BIA, die zu den sog. k-linearen Rashba- bzw. Dresselhaustermen im Hamiltonian führen. Beide Terme können miteinander interferieren und sich entlang bestimmter kristallographischer Richtungen gegenseitig auslöschen, was zu interessanten physikalischen Phänomenen führt, wie z.B. einer extrem hohen Spinlebensdauer entlang dieser Richtung.

Die vorliegende Arbeit zeigt eine Methode auf, mit der sich unter Verwendung der Photogalvanischen Effekte (SGE, CPGE, MPGE) das relative Verhältnis der k-linearen Terme bestimmen und somit die Anisotropie der Bandaufspaltung abbilden läßt, ohne dass dabei irgendwelche Kenntnisse über die mikroskopischen Details der untersuchten Proben notwendig sind.

Weiter wird gezeigt, dass durch die Variation des Abstands der deltaförmigen Dotierschicht der Rashbaterm beeinflußt werden kann, wobei der entsprechende Kopplungskoeffizient alpha seinen Wert stark ändert und dabei sogar sein Vorzeichen wechseln kann. Die vorgestellte Methode stellt ein einfaches und geeignetes Feedback für Technologen dar, Proben mit gleich großer Rashba-und Dresselhausaufspaltung zu wachsen bzw. perfekt symmetrische Strukturen ohne Rashbaanteil zu erzeugen.

Translation of the abstract (English)

The basis of spintronics, where not the electric charge but the spin of electrons is used for carrying informations, is given by a less considered attribute of low dimensional semiconductor heterostructures: the spin dependent splitting of degenerated energy band in k-space due to spin orbit coupling. The reason for removing the spin degeneracy are Structure Inversion Asymmetry (SIA) and Bulk ...

Translation of the abstract (English)

The basis of spintronics, where not the electric charge but the spin of electrons is used for carrying informations, is given by a less considered attribute of low dimensional semiconductor heterostructures: the spin dependent splitting of degenerated energy band in k-space due to spin orbit coupling.

The reason for removing the spin degeneracy are Structure Inversion Asymmetry (SIA) and Bulk Inversion Asymmetry (BIA), which can be described by so called Rashba and Dresselhaus terms linear in k in the effective hamiltonian. Both terms can interfere and cancel each other along certain crystallographic directions leading to interesting physical phenomena, e.g. very long spin lifetime along this direction.

The present paper shows a method to determine the relative ratio of the k-linear terms using photogalvanic effects (SGE, CPGE, MPGE) for mapping the anisotropy of band splitting without the necessity of knowing any details of investigated samples.

Furthermore it is shown that by variation of the position of the delta-doping layer the Rashba term can be influenced whereas the coupling coefficient alpha changes from positive to negative values. This constitutes a simple and adequate feedback method for technologists to grow samples with equal Rashba and Dresselhaus spin splittings or perfectly symmetric structures with zero Rashba constant.

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