Tailoring semiconductor spintronics devices: Tools for the creation and control of spins in two-dimensional electron gases

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Series of the University of Regensburg:	Dissertationsreihe der Fakultät für Physik der Universität Regensburg
Volume:	12
Date:	2 June 2010
Referee:	Prof. Dr. Klaus Richter and Prof. Dr. Milena Grifoni
Date of exam:	3 February 2010
Institutions:	Physics > Institute of Theroretical Physics > Chair Professor Richter > Group Klaus Richter
Keywords:	Quantum transport, Semiconductor spintronics, Spin-orbit interaction
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	14048

Abstract (English)

In recent years the research field of semiconductor spintronics has attracted considerable attention. This interest was fueled by the prospect of spin-based devices, which could possess enhanced functionalities compared to conventional charge-based microelectronics. However, in order to realize the building blocks for semiconductor spintronics devices a number of fundamental obstacles have to be ...

Abstract (English)

In recent years the research field of semiconductor spintronics has attracted considerable attention. This interest was fueled by the prospect of spin-based devices, which could possess enhanced functionalities compared to conventional charge-based microelectronics. However, in order to realize the building blocks for semiconductor spintronics devices a number of fundamental obstacles have to be overcome.

To this end, this thesis discusses several spin-related phenomena in two-dimensional electron gases, which can either be exploited as sources for spin currents/accumulations or which can be used for the efficient control of those spins. To be specific, it deals with coherent electron transport through wire geometries in the presence of spin-orbit interaction and/or magnetic fields. For the numerical calculations a powerful quantum transport code was used. The topics investigated in this thesis include spin ratchets, the phenomenon of current-induced spin accumulation and finally quantum interference spin phenomena in disordered systems.

Translation of the abstract (German)

Das Forschungsgebiet der Halbleiter-Spintronik hat in den vergangenen Jahren viel Aufmerksamkeit erregt. Die mögliche, verbesserte Funktionalität spinbasierter Bauteile im Vergleich zu ladungsbasierten mikroelektronischen Bauteilen hat dieses Interesse zusätzlich gefördert. Um Halbleiter-Spintronik Bauteile realisieren zu können, müssen jedoch eine Reihe von fundamentalen Hürden überwunden ...

Translation of the abstract (German)

Das Forschungsgebiet der Halbleiter-Spintronik hat in den vergangenen Jahren viel Aufmerksamkeit erregt. Die mögliche, verbesserte Funktionalität spinbasierter Bauteile im Vergleich zu ladungsbasierten mikroelektronischen Bauteilen hat dieses Interesse zusätzlich gefördert.
Um Halbleiter-Spintronik Bauteile realisieren zu können, müssen jedoch eine Reihe von fundamentalen Hürden überwunden werden.

Zu diesem Zweck werden in dieser Dissertation verschiedene auf dem Spinfreiheitsgrad der Elektronen beruhende Effekte in zweidimensionalen Elektronengasen diskutiert. Diese Effekte können entweder zur Erzeugung von Spinströmen/Spinanhäufungen oder zur effizienten Kontrolle dieser Spins benutzt werden. Dabei wird kohärenter Elektronentransport durch Drahtgeometrien in Anwesenheit von Spin-Bahn Wechselwirkung und/oder Magnetfeldern betrachtet. Für die numerischen Rechnungen wurde ein leistungsfähiger Quantentransport-Programmcode benutzt. Im Speziellen werden in dieser Arbeit die Themen Spinratschen, strominduzierte Spinanhäufung und zu guter Letzt
Quanteninterferenzphänomene in ungeordneten Systemen betrachtet.

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