Грант РНФ № 18-12-00352
Аннотация
Настоящий проект направлен на поиск новых спин-зависимых эффектов в различных полупроводниковых гетероструктурах, при различных внешних воздействиях и разработку на их основе эффективных методов генерации и контроля спиновой поляризации. Ключом, открывающим возможность такого управления сНастоящий проект направлен на поиск новых спин-зависимых эффектов в различных полупроводниковых гетероструктурах, при различных внешних воздействиях и разработку на их основе эффективных методов генерации и контроля спиновой поляризации. Ключом, открывающим возможность такого управления спиновым состоянием являются спиновые взаимодействия и их зависимость от внешних полей: электромагнитного поля (свет, микроволны), постоянного электрического и магнитного поля, деформации. В качестве объектов исследования будут выбраны специально разработанные гетероструктуры, в которых наиболее ярко проявляются те или иные спиновые эффекты. Так, в том случае когда важны обменные взаимодействия, мы будем использовать полупроводниковые квантовые точки, в которых из-за малого размера это взаимодействие усиливается и кроме того большое разнообразие наноструктур дает возможность контролируемым образом менять в широких пределах силу и вид взаимодействия (меняя размер структуры, ее симметрию и т.д.). Введение магнитных ионов в полупроводниковые наноструктуры добавляет сильное обменное взаимодействие с носителями и расширяет их функциональные возможности [Introduction to the Physics of Diluted Magnetic Semiconductors, Editors: Gaj, Jan A., Kossut, Jacek (Eds.). Springer Series in Materials Science, 144, 2010]. В проекте будут использованы наноструктуры на основе полупроводников типа А3В5 (GaAs/GaAlAs, InP/InGaP и др.) А2В6 (CdMnTe/CdMgTe, CdMnSe/ZnSe и др.) технология выращивания которых хорошо разработана. В частности, контролируя количество носителей заряда в магнитной квантовой точке с помощью приложенного к структуре электрического напряжения, можно управлять магнитным состоянием.
Особенностью настоящего проекта является применение комплексного подхода, подразумевающего поиск новых спин-зависимых эффектов в различных, специально разработанных полупроводниковых гетероструктурах, применение различных внешних воздействий и разработку на их основе эффективных методов генерации и контроля спиновой поляризации. В соответствии с таким подходом, решение задачи будет осуществляться по трем направлениям.
а) Исследование спиновой динамики электронов и ядер в самоорганизованных квантовых точках InP/InGaP и в магнитных квантовых точках (CdMnSe/ZnSe/CdSe) с контролируемым с помощью затворного напряжения легированием. Контроль спиновой поляризации электронов и магнитных ионов светом и внешним электрическим полем.
б) Влияние электрического тока на спиновую поляризацию электронов в полупроводниковых гетероструктурах типа GaAs/GaAlAs. Выявление роли спин-орбитального взаимодействия электронов, а также разогрева электронного газа током на прецессию неравновесного электронного спина и на время его жизни.
в) Управление спинами в полупроводниковых гетероструктурах с помощью деформационного воздействия. Исследование влияние одноосной постоянной и переменной деформации на время спиновой релаксации носителей заряда в объёмных полупроводниках и низкоразмерных полупроводниковых структурах GaAs/GaAlAs, InP/InGaP.
Последнее время полупроводниковая спинтроника вызывает большой интерес у исследователей во всех развитых странах мира. Об актуальности направления говорит большое количество издаваемых книг [Contemporary Topics in Semiconductor Spintronics. Supriyo Bandyopadhyay, Marc Cahay, Jean-Pierre Leburton, World Scientific, 2017; Semiconductor Spintronics and Quantum Computation. D.D. Awschalom, D. Loss, N. Samarth. Springer, 2013; Wide Bandgap Semiconductor Spintronics. Vladimir Litvinov. CRC Press, 2016 и др.], а также регулярно проводимые международные конференции [International Conference on Trends in Spintronics and Nanomagnetism, 1st International Symposium on SiC Spintronics – IFM. Vadstena, Sweden, June, 2015; International Symposium on Metal and Insulator Spintronics. JAPAN, 26 November, 2016].
Все предлагаемые исследования являются новыми и соответствуют мировому уровню. Группа является соорганизатором регулярной международной конференции “Spin Physics, Spin Chemistry and Spin Technology”, в 2016 году был выпущен специальный выпуск журнала издательства Springer: Applied Magnetic Resonance “Spin Physics, Spin Chemistry and Spin Technology”, editors P.G. Baranov (St. Petersburg) and V. Dyakonov (Wuerzburg), где опубликован обзор руководителя проекта [Yu G. Kusrayev. Spin-Dependent Phenomena in Semiconductors and Semiconductor/Ferromagnetic Heterostructures, Applied Magnetic Resonance, 2016, v. 47, issue 7, pp 657].