在许多不同的材料系统上实现了磁性场的电场控制。在稀释的磁半导体(DMS)中,已经观察到磁性的铁磁金属,多法层等。在这里,我们研究了电场对DMSS中载波自旋极化的影响(<我Nline-formula>
在稀释的磁半导体(DMS)材料中,磁性和半导体性能的存在为炼细物理和器件应用的基础研究提供了有趣的机会。DMS中载流子的旋转自由度的操纵使得能够将磁力集成到现有的半导体器件中,这使得它们为旋转式设备提供了良好的候选者[
稀磁半导体(DMS)是通过掺杂适当类型的磁性杂质原子(Mn、Cr、Fe、Ni等)人工制备的在DMS中,材料的性质取决于两个子系统。这两个子系统是由流动载流子构成的电子子系统和构成局域载流子的磁子系统<我Nline-formula>
已经对通过不同学者控制磁性的机制来进行不同的研究。例如,Gomes等人。报道称,通过DMS超晶格中的磁性层中的杂质浓度可以改造自旋极化电荷分布[
ohno等人。通过使用电场开设了一种从外面控制铁磁性的新方法,他们表明电场放大了孔引起的铁环作用[
外电场和电子自旋之间的一种广为人知的耦合机制是通过自旋轨道耦合。由于电场不直接耦合到电子自旋,因此它可以通过自旋轨道相互作用进行交互,从而耦合电子的自旋动力学及其在材料中的轨道运动在磁性半导体中,观察到Rashba自旋轨道相互作用类型[
在这项工作中,我们研究了电场对DFMS中自旋极化电荷密度的影响<我Nline-formula>
这里考虑的系统由两个子系统描述。推动载体系统建立在<我Nline-formula>
磁子系统的哈密顿量<我Nline-formula>
术语<我Nline-formula>
哈密顿量(<我Nline-formula>
为了找到载流子的自旋极化,我们定义了以下格林函数(GF): 在这里,我们使用<我Nline-formula>
计算等式中出现的换向器( 在这种运动方程(EOM)中,出现了表单的高阶GF<我Nline-formula>
替代方程( 从这个GF的极点得到了系统中自旋极化流动载流子的激发谱。然后,它由 温度下激发载流子的数量<我Nline-formula>
利用狄拉克恒等式 在<我Nline-formula>
温度下激发载流子的总数<我Nline-formula>
等式的右侧(RHS)的求和( 对于载流子的抛物线带,<我Nline-formula>
方程式( 定义自旋极化(<我Nline-formula>
基于方程(
用于低温大电子密度FMS(<我Nline-formula>
图形
自旋极化对电场的依赖性如图所示
在非磁性材料中,载流子的自旋极化通常可以通过施加非常强的磁场来实现。在FMS的情况下,塞曼效应允许通过施加相对较小的磁场来实现自旋极化。在这两种情况下,自旋极化都是通过施加磁场来实现的外部源,这给器件技术带来了一些限制。在我们的例子中,载流子自旋极化是通过应用EEF获得的,可用于产生用于微电子器件应用的自旋极化电流。载流子自旋极化对EEF的依赖性将有助于器件的外部操纵自旋态对新的自旋器件非常重要。尽管载流子的总自旋极化比局域矩小,但这些自旋极化载流子的存在对于观测到的磁性以及产生自旋极化电流非常重要,而自旋极化电流对自旋电子学至关重要应用
用于支持本研究的数据包含在本文中。
作者宣布没有利益冲突。
作者承认与哈姆德K.的讨论从S2N-Poem Group,实验室Promes-CNRS,Perpignan,法国和自然科学院,沃洛大学,Dessie,埃塞俄比亚的支持。