Эффект Дрессельхауза - Dresselhaus effect - Wikipedia

В Эффект Дрессельхауза это явление в физика твердого тела в котором спин-орбитальное взаимодействие причины энергетические полосы разделять. Обычно он присутствует в кристалл системы отсутствуют инверсионная симметрия. Эффект назван в честь Джин Дрессельхаус, муж Милдред Дрессельхаус, который открыл это расщепление в 1955 году.^[1]

Спин-орбитальное взаимодействие - это релятивистский связь между электрическое поле произведенный ион -дер и результирующий дипольный момент, возникающий из-за относительного движения электрон, и его внутренняя магнитный диполь пропорционально электрону вращение. В атоме взаимодействие слабо расщепляет орбитальное энергетическое состояние на два состояния: одно состояние со спином, выровненным по орбитальному полю, и одно анти-выровненное. В твердом кристаллический материала, движение электронов проводимости в решетке может быть изменено дополнительным эффектом из-за связи между потенциал решетки и спина электрона. Если кристаллический материал не центросимметричный, асимметрия в потенциале может способствовать одной ориентации спина противоположной и расщеплять энергетические полосы на поддиапазоны с выравниванием по спину и поддиапазоны с обратным выравниванием.

В Спин-орбитальная связь Рашбы имеет аналогичное расщепление энергетических зон, но асимметрия возникает либо из-за объемной асимметрии одноосные кристаллы (например, из вюрцит тип^[2]) или пространственная неоднородность границы раздела или поверхности. Эффекты Дрессельхауза и Рашбы часто имеют одинаковую силу при расщеплении полос GaAs наноструктуры.^[3]

Гамильтониан цинковой обманки

Материалы с структура цинковой обманки нецентросимметричны (т.е. в них отсутствует инверсионная симметрия). Эта объемная асимметрия инверсии (BIA) заставляет пертурбативный Гамильтониан содержать только нечетные степени линейный импульс. Объемный гамильтониан Дрессельхауза или член BIA обычно записывается в такой форме:

${\displaystyle H_{\rm {D}}\propto p_{x}(p_{y}^{2}-p_{z}^{2})\sigma _{x}+p_{y}(p_{z}^{2}-p_{x}^{2})\sigma _{y}+p_{z}(p_{x}^{2}-p_{y}^{2})\sigma _{z},}$

куда ${\textstyle \sigma _{x}}$, ${\textstyle \sigma _{y}}$ и ${\textstyle \sigma _{z}}$ являются Матрицы Паули связанный со спином ${\textstyle \mathbf {S} }$ электронов как ${\textstyle \mathbf {S} ={\tfrac {1}{2}}\hbar \sigma }$ (здесь ${\textstyle \hbar }$ сокращенный Постоянная Планка ), и ${\textstyle p_{x}}$, ${\textstyle p_{y}}$ и ${\textstyle p_{z}}$ компоненты импульса в кристаллографические направления [100], [010] и [001] соответственно.^[4]

При лечении 2D наноструктуры где направление ширины ${\textstyle z}$ или [001] конечно, гамильтониан Дрессельхауза можно разделить на линейный и кубический член. Линейный гамильтониан Дрессельхауза ${\textstyle H_{\rm {D}}^{(1)}}$ обычно пишется как

${\displaystyle H_{\rm {D}}^{(1)}={\frac {\beta }{\hbar }}(\sigma _{x}p_{x}-\sigma _{y}p_{y}),}$

куда ${\textstyle \beta }$ - константа связи.

Кубический термин Дрессельхауза ${\textstyle H_{\rm {D}}^{(3)}}$ записывается как

${\displaystyle H_{\rm {D}}^{(3)}=-{\frac {\beta }{\hbar ^{3}}}\left({\frac {d}{\pi }}\right)^{2}p_{x}p_{y}(p_{y}\sigma _{x}-p_{x}\sigma _{y}),}$

куда ${\textstyle d}$ ширина материала.

Гамильтониан обычно получают с помощью комбинации k · p теория возмущений рядом с Модель Кейна.

Смотрите также

• Прекрасная электронная структура
• Электрический дипольный спиновой резонанс
• Спин-орбитальное взаимодействие

Рекомендации

1. Дрессельхаус, Г. (1955-10-15). «Эффекты спин-орбитальной связи в структурах из цинковой обманки». Физический обзор. 100 (2): 580–586. Bibcode:1955ПхРв..100..580Д. Дои:10.1103 / PhysRev.100.580.
2. Рашба Э. И., Шека В. И. Симметрия энергетических зон в кристаллах вюрцита типа II. Симметрия полос с учетом спин-орбитального взаимодействия // Физ. Тверь. Tela: Collected Papers, v. 2, 162, 1959. Английский перевод: http://iopscience.iop.org/1367-2630/17/5/050202/media/njp050202_suppdata.pdf
3. Manchon, A .; Koo, H.C .; Nitta, J .; Фролов, С. М .; Дуйн, Р. А. (20 августа 2015 г.). «Новые перспективы спин-орбитальной связи Рашбы». Материалы Природы. 14 (9): 871–882. arXiv:1507.02408. Bibcode:2015НатМа..14..871М. Дои:10.1038 / nmat4360. PMID  26288976.
4. Роланд, Винклер (2003). Эффекты спин-орбитальной связи в двумерных электронных и дырочных системах. Берлин: Springer. ISBN  9783540366164. OCLC  56325471.