Spin effects in high- and low-field magnetotransport experiments in semimagnetic Cd(1-x)Mn(x)Te heterostructures

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	14 Januar 2013
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Dieter Weiss
Tag der Prüfung:	9 Juli 2012
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Weiss > Arbeitsgruppe Dieter Weiss
Stichwörter / Keywords:	CdTe, CdMnTe, FQHE, Spin-Transistor, 2DEG
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	25396

Zusammenfassung (Englisch)

Within the framework of this PhD we report on the very first observation of the fractional Quantum Hall Effect (FQHE) in both, a non-magnetic CdTe and a semimagnetic Cd1-xMnxTe quantum well device. To our knowledge, this constitutes the first demonstration of this effect in the II-VI material family. Furthermore, our results reveal that the formation of fractional Quantum Hall states is not ...

Zusammenfassung (Englisch)

Within the framework of this PhD we report on the very first observation of the fractional Quantum Hall Effect (FQHE) in both, a non-magnetic CdTe and a semimagnetic Cd1-xMnxTe quantum well device. To our knowledge, this constitutes the first demonstration of this effect in the II-VI material family. Furthermore, our results reveal that the formation of fractional Quantum Hall states is not inhibited by the presence of magnetic impurities in a quantum structure.
The second part of this thesis addresses an alternative route to realize efficient spin transistor action. Typically, spin transistor designs relying on spin-orbit interaction principally suffer from low signal levels due to limitations in spin injection efficiency and fast spin decay. Here we present an approach to realize spin transistor action in systems where spin information is protected by propagating it adiabatically. This is achieved by inducing tunable diabatic Landau-Zener transitions that lead to a backscattering of spins and hence allow controlling the transmission of spin-polarized charge carriers through the device, i.e. switching between `on' and `off' states. We demonstrate the validity of our approach in a Cd1-xMnxTe diluted magnetic semiconductor quantum well structure where efficient spin transport is observed over device distances of 50 µm. In contrast to other spin transistor designs we find that our concept is exceptionally tolerant against disorder.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Im Rahmen dieser Dissertation berichten wir über die allererste Beobachtung des fraktionalen Quanten Hall Effekts (FQHE), sowohl in nicht-magnetischen CdTe, als auch in semimagnetischen Cd1-xMnxTe Quanten Wells. Nach unserem Kenntnisstand stellt dies den ersten Nachweis dieses Effektes in der II-VI Materialfamilie dar. Darüber hinaus zeigen unsere Resultate, daß das Auftreten von fraktionalen ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Im Rahmen dieser Dissertation berichten wir über die allererste Beobachtung des fraktionalen Quanten Hall Effekts (FQHE), sowohl in nicht-magnetischen CdTe, als auch in semimagnetischen Cd1-xMnxTe Quanten Wells. Nach unserem Kenntnisstand stellt dies den ersten Nachweis dieses Effektes in der II-VI Materialfamilie dar. Darüber hinaus zeigen unsere Resultate, daß das Auftreten von fraktionalen Quanten Hall Zuständen nicht durch die Anwesenheit magnetischer Verunreinigungen in einer Quantenstruktur unterdrückt wird.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit einer alternativen Möglichkeit einen effizienten Spin Transistor zu realisieren. Aufgrund begrenzter Effizienz bei der Spin-Injektion, sowie schnellem Spin Zerfall, weisen typische Spin-Transistor Konzepte, die auf der Ausnutzung von Spin-Bahn Wechselwirkung beruhen, nur geringe Signalstärken auf. Hier zeigen wir eine Möglichkeit auf, Spin-Transistoren in Systemen zu realisieren, bei denen die Spin-Information durch adiabatische Propagation geschützt ist. Erreicht wird dies mit Hilfe von durchstimmbaren Landau-Zener Übergängen, weil diese zur Spin-Rückstreuung führen und somit die Kontrolle der Transmission von spin-polarisierten Ladungsträgern durch den Transistor ermöglichen, d.h. schalten zwischen dem `on' und dem `off' Zustand. Wir zeigen die Gültigkeit unseres Konzeptes anhand einer semimagnetischen Cd1-xMnxTe Halbleiter Quanten Well Struktur, die die Beobachtung von effizientem Spin-Transport über Wegstrecken von 50 µm erlaubt. Im Gegensatz zu anderen Spin-Transistor Realisierungen zeigt sich, daß unser Konzept äußerst tolerant gegenüber Unordnung der Probe ist.

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