Селективность спиновых состояний в плоских квантовых кольцах в сильном магнитном поле
Аннотация
Рассмотрены электронные состояния плоских тонких квантовых колец прямоугольного сечения, толщина которых h, внутренний радиус Rin и внешний Rex связаны соотношениями ; далее мы будем называть их "квантовыми шайбами". Установлено, что такого типа узкозонные гетероструктуры в широкозонной матрице могут стать базовыми элементами для спинтронных систем. Их спектр во внешнем магнитном поле можно свести к единственному устойчивому уровню, все квантовые числа которого (спиновое в том числе) контролируются внешним полем. Это доказано как численными расчетами, так и приближенными аналитическими оценками, проясняющими механизм формирования такого состояния. Из-за сохранения незатухающего квантового тока и связанного с ним магнитного момента состояния эти более устойчивы, чем в идеальных квантовых точках с похожим спектром. Рассмотрены варианты изменения спинового состояния локализованного на шайбе электрона продольным магнитным полем.
Ключевые слова
Об авторах
А. М. МандельРоссия
Мандель Аркадий Михайлович
Доцент кафедры физики
В. Б. Ошурко
Россия
Ошурко Вадим Борисович
Заведующий кафедрой физики
Е. Е. Карпова
Россия
Карпова Елена Евгеньевна
Доцент кафедры физики
К. Г. Соломахо
Россия
Соломахо Кирилл Георгиевич
Старший преподаватель кафедры физики
Список литературы
1. Viefers S., Koskinen P., Singha.Deo P., Manninen M. Quantum rings for beginners: energy spectra and persistent currents. //Physica E. 2004. Vol. 21, No.1, pp. 1-35.
2. DOI: 10.1016/j.physe.2003.08.076
3. Мanninen M., Viefers S. and Reimann S.M. Quantum rings for beginners II: Bosons versus fermions. //Physica E. 2012. Vol. 46, pp. 119-132.
4. DOI: 10.1016/j.physe.2012.09.013
5. Csaba Daday. Coulomb and Spin-Orbit Interaction Effects in a Mesoscopic Ring. /University of Iceland. Department of Physics. Reykjavic. August 2011.
6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/coulomb-effects-on-the-spin-polarization-of-quantum-rings (дата обращения 20.10.2024)
7. Baran A.V., Kudryashov V.V. Spin-Orbit Interactions in Semiconductor Quantum Ring in the Presence of Magnetic Field. //International Journal of Nanoscience. 2019. Vol. 18, Nos. 3 & 4 1940016 (4 pages)
8. DOI: 10.1142/S0219581X19400167
9. Kammermeier M., Seith A., Wenk P. and Schliemann J. Persistent spin textures and currents in wurtzite nanowire-based quantum structures. 2020. // Phys. Rev. B. 2020. Vol. 101, p.195418
10. DOI: 10.1103/PhysRevB.101.195418
11. Li B., Magnus W. and Peeters F.M. Tunable exciton Aharonov-Bohm effect oin a quantum ring. //Journal of Physics: Conferens Series 2010. Vol. 210, In: 11th International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems (OECS11) 7-11 September 2009, Madrid, Spain
12. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/210/1/012030/meta (дата обращения 20.10.2024)
13. Lia J.M. and Tamborenea P.I.. Narrow quantum rings with general Rashba and Dresselhaus spin-orbit interaction. //Physica E. 2020. Vol. 126, pp. 114419-114431.
14. DOI: 10.1016/j.physe.2020.114419
15. Kozin V. K., Iorsh I. V., Kibis O. V. and Shelykh I. A. Periodic array of quantum rings strongly coupled to circularly polarized light as a topological insulator. //Phys. Rev. B 2018. Vol. 97, pp. 035416-035423.
16. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.035416
17. De Lira F. A. G., Pereira L. F. C., Silva E.O. Study on the effects of anisotropic effective mass on electronic properties, magnetization and persistent current in semiconductor quantum ring with conical geometry. // Physica E. 2021. Vol. 132, 114760
18. DOI: 10.1016/j.physe.2021.114760
19. Sullivan H.T., Cole J.H. A link between shape dependent lifetimes and thermal escape in quantum dots and rings. // Physical Review Research. 2024. Vol. 6, p. 013086
20. DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.013086
21. Panneerselvam K., Muralidharan B., Giant excitonic magneto-optical Faraday rotation in single semimagnetic CdTe/Cd1-xMnxTe quantum ring. // Physica E. 2024. Vol.157, p. 115876
22. DOI: 10.1016/j.physe.2023.115876
23. Rubo Y.G., Spin-orbital effect on polariton state in traps // Phys. Rev. B, 2022. Vol.106, p.235306
24. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.235306
25. Planelles J., Movilla J.L., Climente J.I. Topological magnetoelectric effect in semiconductor nanostructures: Quantum wells, wires, dots, and rings. // Phys. Rev. Research. 2023. Vol. 5, p. 023119
26. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.5.023119
27. Blackman N., Genov D.A. Temperature dependent diamagnetic-paramagnetic transitions in metal/semiconductor quantum rings. // Phys. Rev. B. 2020. Vol. 102, p. 245429
28. DOI: 10.1103/PhysRevB.102.245429
29. Gioia L., Zülicke U., Governale M., Winkler R. Dirac electrons in quantum rings. // Phys. Rev. B, 2018, Vol. 97, p. 205421
30. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.205421
31. Chakraborty T., Manaselyan A., Barseghyan M. Irregular Aharonov–Bohm effect for interacting electrons in a ZnO quantum ring. // J. Phys.: Condens. Matter. 2016. Vol. 29, p. 075605
32. DOI: 10.1088/1361-648X/aa5168
33. Леденцов В.М., Устинов В.М., Щукин В.А., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Бимберг Д. //ФТП 32, c. 385 (1998).
34. URL: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/34295 (дата обращения 20.10.2024)
35. А.М. Mandel, V.B. Oshurko and E.E. Karpova. Renormalization of the Lande Factor and Effective Mass in Small Spherical Quantum Dots. //Journal of Communications Technology and Electronics. 2019. 64 (10), pp.1127-1134.
36. DOI: 10.1134/S1064226919100085
37. Родионов В.Н., Кравцова Г.А., Мандель А.М. О влиянии сильных электрического и магнитного полей на пространственную дисперсию и анизотропию оптических свойств полупроводника //Письма в ЖЭТФ. 2003. Т.78. № 4. С.253-257.
38. А.И. Базь, Я.Б. Зельдович, А.М. Переломов. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике. М.: Наука. 1966.
39. Родионов В.Н., Кравцова Г.А., Мандель А.М. Ионизация из короткодействующего потенциала под действием электромагнитных полей сложной конфигурации. //Письма в ЖЭТФ. 2002. Т.75. № 8. С. 435-439.
40. Родионов В.Н., Кравцова Г.А., Мандель А.М. Отсутствие стабилизации квазистационарных состояний электрона в сильном магнитном поле //Докл. АН СССР. 2002. Т.386. В.6, С.753-756.
41. А.М. Mandel, V.B. Oshurko and S.M. Pershin. A Thin Semiconductor Quantum Ring as an Analog of a Magnetically Controlled Bohr Atom. // Doklady Physics. 2021. 66 (9), pp.253-256.
42. DOI: 10.1134/S1028335821090020
43. Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III-V compound semiconductors and their allous // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. P. 5815
44. DOI: 10.1063/1.1368156 Corpus ID: 121056857
45. Алешкин В.Я., Гавриленко В.И., Иконников А.В. и др. Обменное усиление g-фактора в гетероструктурах // ФТП. 2008. Т. 42. № 7. С. 846-851.
Дополнительные файлы
Рецензия
Для цитирования:
Мандель А.М., Ошурко В.Б., Карпова Е.Е., Соломахо К.Г. Селективность спиновых состояний в плоских квантовых кольцах в сильном магнитном поле. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2025;28(2).
For citation:
Mandel A.M., Oshurko V.B., Karpova E.E., Solomakho K.G. SELECTIVITY OF SPIN STATES IN PLANAR QUANTUM RINGS IN A STRONG MAGNETIC FIELD. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2025;28(2).
Послать статью по эл. почте 