بخشی از مقاله
چکیده
ترابرد مغناطیسی وابسته به اسپین در دو نوع ساختار نامتجانس تونل زنی سه لایه اي و پنج لایه اي بررسی شده است. این ساختارها شامل دو نیمه هادي غیرمغناطیسی است که در ساختار سه لایه اي بوسیله یک لایه نیمه هادي مغناطیسی رقیق - DMS - از نوع و در ساختار پنج لایه اي بوسیلهZn1−x Mnx Se/ ZnSe/ Zn1−y Mny Se جدا شده اند. با استفاده از روش ماتریس انتقال و در تقریب جرم مؤثر، وابستگی جریانهاي قطبیده اسپینی و قطبش اسپینی به غلظت در اتصالات تونل زنی مذکور بررسی شده است. نتایج بدست آمده ممکن است در طراحی ابزار اسپینترونیک در آینده مفید واقع شود.
مقدمه
یکی از راهکارهاي مهم براي تزریق جریانهاي قطبیده اسپینی در شاخه نوین اسینترونیک، استفاده از اثر فیلتر اسپینی است. این اثر منجر به طراحی ابزار بدیعی در اپتوالکترونیک وایسته به اسپین، مانند دیودهاي گسیلنده نور و نیز ترانزیستوهاي اثر میدانی اسپینی می شود. یکی از موفقیتهاي محققان براي بهبود تزریق اسپینی به درون نیمرساناها، استفاده از نیمرساناهاي مغناطیسی رقیق - DMS - در اتصالات تونل زنی مغناطیسی است.
این مواد به دلیل برهمکنش تبادلی بین حاملهاي بار و گشتاورهاي مغناطیسی یونهاي جایگزیده، داراي قابلیت شکافتگی اسپینی زیمان بزرگ هستند که منجر به قطبش اسپینی تقریبا %100 این مواد می شود، از طرف دیگر رسانش آنها قابل مقایسه با انواع نیمرساناهاي مغناطیسی مشابهن است. در ای میان، - - DMS هاي II-VI مثلZn1−x Mnx Se به دلیل قابلیت -nدوپ شدن و نیز به دلیل عدم حضور حرکت تقدیمی سریع اسپین- که در - - DMS هاي III-Vدیده می شود- به عنوان تزریق کننده هاي اسپینی پر بهره به کار می روند. در این مقاله به بررسی ترابرد مغناطیسی و قطبش اسپینی در اتصالات سه لایه و پنج لایه از نوع ZnSe / Zn1−x Mnx Se به عنوان فیلترهاي اسپینی، در حضور میدانهاي الکتریکی و مغناطیسی، در رژیم همدوس و در تقریب جرم مؤثر و با استفاده از روش ماتریس انتقال می پردازیم.
نتایج محاسبات
انرژي فرمی در دو ساختار 5 meV ، میدان مغناطیسی خارجی4 T و بایاس اعمالی0,005 V، دما 2,2 Kو g s =1.1 است. پهناي لایه هاي DMS در هر دو اتصال برابر 20 nm و غلظتهاي Mn یعنی x و y برابر0,05 و ثابتهاي برهمکنش-0. 26 و در ساختار پنج لایه پهناي لایه وسط برابر10 nm است. در دو ساختار مذکور، اعمال میدان مغناطیسی، از طریق جمله Vs یک شکافتگی زیمان ایجاد می کند. لایه هاي DMS همچنین قابلیت تنظیم شکافتگی اسپینی را توسط V σz - z - به سیتم می افزایند.
در اثر این شکافتگی، الکترونها با اسپین بالا یک سد پتانسیل و الکترونهاي اسپین پایین یک چاه پتانسیل، در ازاي هر لایه DMS مشاهده می کنند. در نتیجه خواص ترابرد الکترونها، وابسته به شکافتگی اسپینی القا شده توسط میدان مغناطیسی خارجی است. شکل - 1 - تغییرات جریان الکترونهاي اسپین بالا، اسپین پایین و قطبش اسپینی را بر حسب تغییر غلظت Mn نشان می دهد. در غلظتهاي کم، انرژي گاف و در نتیجه offset نوار رسانش، تابعی از x است.
از طرف دیگر پتانسیل تبادلی نیز، باx در ارتباط مستقیم است. همانطور که دیده می شود در ساختار سه لایه J↑ در ابتدا با افزایشx ثابت می ماند، در صورتیکه J↓ کاهش می یابد، در نتیجه یک قطبش اسپینی منفی خواهیم داشت که درx=0.02 به کمینه خود می رسد. با افزایشx، J ↓ به طورنمایی کاهش می یابد. علت این امر، افزایش ارتفاع سد با افزایش x است. آفست نوار رسانش، مستقل از میدان مغناطیسی و اسپین است، به ازاي x<0.043به عنوان چاه و براي x>0.043 به عنوان سد پتانسیل عمل میکند. درx=0.06 مؤلفهJ↑ کاملا صفر می شود، در نتیجه قطبش اسپینی به بیشینه خود، تقریبا %100 می رسد.
پوسترها: ماده چگال
شکل: 1 جریانهاي قطبیده اسپینی و قطبش اسپینی بر حسب تغییرات غلظت Mn در اتصالات سه لایه اي و پنج لایه اي. افزایشx ، عمق چاه کوانتومی که اسپین پایین می بیند و در نتیجه مکان حالات تشدیدي شبه مقید در چاه تغییر کرده و این امر موجب نوسان J↓ می شود. این نوسانات در ساختار پنج لایه بیشتر است، زیرا اسپین پایین، با دو چاه کوانتومی متقارن مواجه است.
