[PDF]
http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.44405
Open access article / Atviros prieigos straipsnis
Lith. J. Phys. 44, 267–273 (2004)
HOLE SPIN SURFACES IN A3B5
SEMICONDUCTORS
A. Dargys
Semiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108
Vilnius, Lithuania
E-mail: dargys@pfi.lt
Received 12 February 2004
The Hamiltonian of A3B5
semiconductors apart from quadratic in wave vector k terms
also contains linear terms. The latter originate from the
spin–orbit interaction in semiconductors without inversion
symmetry. The paper investigates hole spin properties of A3B5
semiconductors – GaAs, InAs, GaP, InP, GaSb, and InSb – paying
special attention to contribution of the linear-k terms. It
is shown that the general properties of the hole spin surfaces in
the mentioned compounds are similar to those in elementary
semiconductors investigated recently. It has been found that the
influence of linear-k terms on band spins is weak and, as a
result, the deformation of the spin surfaces is insignificant.
Keywords: semiconductors, spintronics, valence band, spin
control
PACS: 71.70.Ms, 72.20.Jv, 73.40.Gk, 78.55.–m, 79.90.+b
SKYLĖS SUKINIO PAVIRŠIAI A3B5
PUSLAIDININKIUOSE
A. Dargys
Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
Puslaidininkių, kurių elementarusis narvelis
nepasižymi erdvine inversija, hamiltonianas yra sudarytas iš
kvadratinių ir tiesinių pagal bangos skaičių k narių.
Vyraujantis, kartu ir puslaidininkio savybes lemiantis,
dažniausiai yra kvadratinis narys. Todėl, pavyzdžiui, nagrinėjant
A3B5 puslaidininkių pernašą, tiesinis narys
atmetamas. Kol kas nėra aišku, ar skylės sukinio savybes taip pat
lemia tik kvadratinė pagal k valentinės juostos
hamiltoniano dalis. Išnagrinėta kvadratinio ir tiesinio pagal k
narių įtaka skylės sukinio savybėms GaAs, InAs, GaP, InP, GaSb ir
InSb junginiuose. Iš šio darbo matyti, kad išvardintuose A3B5
puslaidininkiuose skylės sukinio savybes taip pat lemia aukštesni,
t. y. kvadratiniai pagal bangos vektorių, nariai valentinės
juostos hamiltoniane. Dėl šios priežasties su sukiniu susietos
skylės savybės turėtų būti panašios į elementarių puslaidininkių,
kurių elementarioji gardelė pasižymi inversijos simetrija,
pavyzdžiui, p tipo silicio, savybes. Grafiškai ir lentelių
pavidalu aprašyti sunkiosios bei lengvosios skylės sukinio
paviršiai. Taip pat yra pateikti parametrai, kurie leidžia
kiekybiškai spręsti apie kvadratinių ir tiesinių narių svarbą
(ypač žr. 2 lentelę). Rasta, kad tiesinių narių įtaka sunkiosios
masės skylės sukiniui visuose minėtuose junginiuose yra labai
maža.
References / Nuorodos
[1] Proceedings of the PASPS Conference, J.
Superconductivity: Incorporating Novel Magnetism 16(1, 2)
(2003)
[2] A. Dargys and P. Harrison, Hole spin dynamics in constant and
alternating electric fields, Semicond. Sci. Technol. 18(4),
247–252 (2003).
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/18/4/309
[3] A. Dargys, Ultrafast control of hole spin by electric field in
semiconductors, IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. 10(1),
155–158 (2004).
http://dx.doi.org/10.1109/JSTQE.2004.824078
[4] A. Dargys, Control of valence-band hole spin by electric field,
Acta Phys. Pol. 105(3), 295–306 (2004).
http://dx.doi.org/10.12693/APhysPolA.105.295
[5] A. Dargys, Coherent properties of hole spin, Lithuanian J. Phys.
43(2), 123–128 (2003)
[6] A. Dargys, Spin surfaces and trajectories in valence bands of
tetrahedral semiconductors, Phys. Status Solidi B 241(1),
145–154 (2004).
http://dx.doi.org/10.1002/pssb.200301909
[7] M. Abolfath, T. Jungwirth, J. Brum, and A.H. MacDonald, Theory
of magnetic anisotropy in III1−xMnxV
ferromagnets, Phys. Rev. B 63(5), 054418-1–14 (2001),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.63.054418
[8] E.O. Kane, in: Semiconductors and Semimetals, Vol. 1,
eds. R.K. Willardson and A.C. Beer (Academic Press, New York, 1966)
pp. 75–100.
http://dx.doi.org/10.1016/S0080-8784(08)62376-5
[9] E.O. Kane, in: Handbook on Semiconductors, Vol. 1, ed.
W. Paul (North-Holland, Amsterdam, 1982) pp. 193–217
[10] M. Cardona, N.E. Christensen, and G. Fasol, Terms linear in k
in the band structure of zinc-blende-type semiconductors, Phys. Rev.
Lett. 56(26), 2831–2833 (1986).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.2831
[11] M. Cardona, N.E. Christensen, and G. Fasol, Relativistic band
structure and spin–orbit splitting of zinc-blende-type
semiconductors, Phys. Rev. B 38(3), 1806–1827 (1988).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.38.1806
[12] B.A. Foreman, Strong linear-k valence-band mixing at
semiconductor heterojunctions, Phys. Rev. Lett. 86(12),
2641–2644 (2001).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.2641
[13] J.M. Luttinger and W. Kohn, Motion of electrons and holes in
perturbed periodic fields, Phys. Rev. 97(4), 869–883 (1955).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.97.869
[14] A. Dargys, Luttinger–Kohn Hamiltonian and coherent excitation
of the valence-band holes, Phys. Rev. B 66(16), 165216-1–8
(2002).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.66.165216
[15] I. Vurgaftman, J.R. Meyer, and L.R. Ram-Mohan, Band parameters
for III–V compound semiconductors and their alloys, J. Appl. Phys. 89(11),
5815–5875 (2001).
http://dx.doi.org/10.1063/1.1368156
[16] G. Dresselhaus, Spin–orbit coupling effects in zinc blende
structures, Phys. Rev. 100(2), 580–586 (1955).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.100.580
[17] L. Reggiani (ed.), Hot Electron Transport in Semiconductors,
Topics in Applied Physics, Vol. 56 (Springer, Berlin, 1985),
http://dx.doi.org/10.1007/3-540-13321-6
[18] C. Kittel, Quantum Theory of Solids (Wiley, New York,
1963) Chapter 9
[19] G.H. Golub and C.F. Van Loan, Matrix Computations (The
John Hopkins University Press, Baltimore, 1989) Chapter 8
[20] W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, and B.P. Flannery,
Numerical Recipes in Fortran (Cambridge University Press,
Cambridge, 1992) Chapter 2