Название:Магнитные примеси и их взаимодействие в наноструктурах
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:02 - Физика и науки о космосе
Научная дисциплина:02-202 - Полупроводники
Ключевые слова:Туннелирование, косвенное обменное взаимодействие, разбавленные магнитные полупроводники, оптическая ориентация
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Аверкиев,НС
Подразделения:
Код проекта:14-12-00255
Финансирование 2014 г.:
Принципиальное отличие нано и гетероструктур от однородных объемных систем состоит в том, что низкоразмерных неоднородных структурах возможно существование локализованных состояний на фоне сплошного спектра. В объемных системах подобные резонансные состояния возникают обычно в неравновесных условиях. Наличие примесей в полупроводниках качественно изменяет свойства структур и делает их привлекательными как с фундаментальной точки зрения, так для прикладных исследований. В данном проекте планируется комплексное экспериментальное и теоретическое исследование примесных магнитных состояний в кванторазмерных структурах, включая прямое и косвенное резонансное взаимодействие между ними. В настоящее время системы, объединяющие свойства полупроводника и ферромагнетика находятся в центре внимания многих исследовательских лабораторий. Современный технологический уровень позволяет создать тонкий слой парамагнитных примесей вблизи квантовой ямы в полупроводниковой гетероструктуре. При этом сохраняется высокая подвижность двумерных носителей заряда в квантовой яме и одновременно, благодаря туннельной связи с парамагнитными примесями, они демонстрируют магнитные свойства. В проекте будет исследовано косвенное обменное взаимодействие между парамагнитными ионами за счет канала свободных носителей, отделенного от парамагнитных ионов туннельно-прозрачным барьером. Стандартная теория косвенного обменного взаимодействия, известная как теория РККИ, не учитывает локализующий потенциал ионов и возможность наличия связанных состояний в этом потенциале. Особенно интересен резонансный случай, когда энергия связанного состояния лежит в диапазоне континуума состояний свободных носителей. В этом случае, как правило реализуемом в эксперименте, ожидается значительное усиление косвенного обменного взаимодействия. Такое резонансное усиление имеет прямое отношение к ферромагнетизму тонких слоев марганца в GaAs. Для учета резонансных эффектов разрабатываемая новая теория косвенного обмена будет построена без использования теории возмущений и, в конечном итоге, позволит впервые исследовать новое явление - резонансное косвенное обменное взаимодействие в одномерных системах. Предложенная нами ранее теория этого явления будет распространена на случай одномерных каналов (квантовые проволоки), а также материалы с линейной дисперсией, такие как графен. Кроме того мы планируем проанализировать случай сильной обменной связи. Когда обменная константа превышает энергию Ферми косвенное обменное взаимодействие через свободные носители, подавляется из-за многочастичных эффектов таких как эффект Кондо. В металлах, где характерная энергия свободных носителей представляет собой энергию Ферми, обменное взаимодействие оказывается малым возмущением и парное взаимодействие между магнитными моментами можно рассматривать по теории возмущений. В полупроводниковых структурах, даже при сильном легировании, энергия Ферми в на три порядка меньше, так что контактное взаимодействие существенным образом изменяет энергетический спектр структуры. Для расчета величины парного взаимодействия между ионами в этом случае необходимо точное решение задачи. При исследовании оптических свойств полупроводниковых наноструктур авторским коллективом недавно были открыты новые явления обусловленные компенсацией. Эти явления оказались непосредственно связанными с такими фундаментальными проблемами физики конденсированного состояния как оптическая ориентация, магнетизм полупроводников, кулоновская щель в плотности состояний. В настоящем проекте предлагается экспериментально и теоретически исследовать оптические спектральные свойства структур с квантовыми ямами и квантовыми точками на основе GaAs/AlGaAs легированных как магнитными так и немагнитными акцепторами. При этом уровень компенсации предполагается контролировать как донорным легированием, так и с помощью затвора.