Relaxation de Spin Dans Les Semi-conducteurs Dopés Et Dans Les Nanostructures À Base de Semi-conducteurs PDF Download
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Author: Guido Alfredo Intronati
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Languages : en
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Book Description
In the first part of this thesis we consider a doped GaAs semiconductor and study the spin relaxation on the metallic side of the metal-insulator transition. We take into account two different types of spinorbit coupling, the first of them being associated to the presence of extrinsic impurities, while the other one is the Dresselhaus coupling. To tackle the spin dynamics problem, we develop an analytical formulation based on the spin diffusion of an electron in the metallic regime of conduction of the impurity band. The full derivation provides us with an expression for the spin-relaxation time ,which is free of adjustable parameters. We complement this approach and back our analytical results with the numerical calculation of the spin lifetime.In the second part of the thesis we consider a quantum dot hosted in an InAs nanowire (with awurtzite crystalline structure) and study the effect of spin-orbit coupling on the eigenstates of the zero-dimensional system. We develop here an exact analytical solution for the quantum dot, takinginto account the proper effective spin-orbit coupling for this type of material. We focus on the Dresselhaus coupling, which presents a cubic-in-k term, along with a linear term, characteristic of wurtzite materials. A Zeeman interaction from an external magnetic field is included as well and we compute the effective g-factor as a function of the dot size. Finally, we calculate the spin-relaxation due to acoustic phonons, taking into account the phonon potentials corresponding to the wurtzite structure.
Author: Guido Alfredo Intronati
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In the first part of this thesis we consider a doped GaAs semiconductor and study the spin relaxation on the metallic side of the metal-insulator transition. We take into account two different types of spinorbit coupling, the first of them being associated to the presence of extrinsic impurities, while the other one is the Dresselhaus coupling. To tackle the spin dynamics problem, we develop an analytical formulation based on the spin diffusion of an electron in the metallic regime of conduction of the impurity band. The full derivation provides us with an expression for the spin-relaxation time ,which is free of adjustable parameters. We complement this approach and back our analytical results with the numerical calculation of the spin lifetime.In the second part of the thesis we consider a quantum dot hosted in an InAs nanowire (with awurtzite crystalline structure) and study the effect of spin-orbit coupling on the eigenstates of the zero-dimensional system. We develop here an exact analytical solution for the quantum dot, takinginto account the proper effective spin-orbit coupling for this type of material. We focus on the Dresselhaus coupling, which presents a cubic-in-k term, along with a linear term, characteristic of wurtzite materials. A Zeeman interaction from an external magnetic field is included as well and we compute the effective g-factor as a function of the dot size. Finally, we calculate the spin-relaxation due to acoustic phonons, taking into account the phonon potentials corresponding to the wurtzite structure.
Author: TOURIA.. BOUHACINA
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MALGRE L'APPORT DE NOMBREUSES TECHNIQUES A LA CONNAISSANCE DE L'ETAT VITREUX, IL RESTE ENCORE BEAUCOUP A FAIRE POUR EXPLIQUER CERTAINES PROPRIETES DES VERRES; LES PHENOMENES DE RELAXATION SONT UN EXEMPLE DE CELLES-CI ET LE TRAVAIL PRESENTE DANS CETTE THESE, QUI PORTE ESSENTIELLEMENT SUR LA COMPREHENSION DES VARIATIONS THERMIQUES DES TEMPS DE RELAXATION SPIN-RESEAU A L'AIDE DES THEORIES LES PLUS RECENTES, S'INSCRIT DANS CE CONTEXTE. LES ECHANTILLONS ETUDIES SONT DES VERRES ISOLANTS SILICATES DOPES AVEC L'OXYDE DE FER ET DES VERRES SEMICONDUCTEURS VANADATE DE BARYUM DOPES AVEC L'OXYDE DE FER. DANS LA PREMIERE PARTIE L'AUTEUR A DETERMINE LA CONCENTRATION DES IONS FERRIQUES SUR LES SITES TETRAEDRIQUES ET OCTAEDRIQUES ET ETUDIE L'EVOLUTION DU RAPPORT DE LEUR CONCENTRATION EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DE LA CONCENTRATION EN FER TOTALE. DANS LA DEUXIEME PARTIE L'AUTEUR A ETUDIE LES MECANISMES DE RELAXATION DANS DES VERRES ISOLANTS ET SEMICONDUCTEURS PAR UNE METHODE ORIGINALE DITE METHODE DE MODULATION, BIEN ADAPTEE AUX VALEURS COURTES DU TEMPS DE RELAXATION SPIN RESEAU ET QUI CONSISTE A DETECTER LA DERIVEE DE LA COMPOSANTE LONGITUDINALE DE L'AIMANTATION. L'AUTEUR A PU METTRE EN EVIDENCE POUR LA PREMIERE FOIS UN MECANISME SPIN-FRACTON DANS DES VERRES SEMICONDUCTEURS FORTEMENT DOPES EN OXYDE DE FER. DANS LES ECHANTILLONS PLUS CONDUCTEURS, LA CONDUCTION ELECTRIQUE PLUS INTENSE, OCULTE COMPLETEMENT LA RELAXATION SPIN-FRACTON ET LAISSE APPARAITRE DE L'ECHANGE
Author: David Larousserie
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Languages : fr
Pages : 168
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Author: Marco Fanciulli
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540793658
Category : Science
Languages : en
Pages : 272
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Here is a discussion of the state of the art of spin resonance in low dimensional structures, such as two-dimensional electron systems, quantum wires, and quantum dots. Leading scientists report on recent advances and discuss open issues and perspectives.
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Languages : fr
Pages : 150
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Parmi toutes les méthodes de confinement des porteurs dans les trois directions de l'espace, la croissance auto organisée de boîtes quantiques semble être la meilleure. La méthode de fabrication de ces nanostructures est l'épitaxie par jets moléculaires ; elle permet l'obtention de cristaux d'une grande qualité, de manière cohérente avec leur environnement. Cette technique d'auto organisation dite de Stranski Krastanov génère cependant des nanostructures de tailles diverses ; le spectre de leur luminescence s'en retrouve élargi, altérant les performances des composants à base de boîtes quantiques. Une solution consiste à localiser leur croissance en structurant à l'échelle nanométrique le substrat : lorsqu'elles sont régulièrement espacées, leur taille et leur géométrie sont plus homogènes. La technique employée, la nanoimpression, présente l'avantage majeur de ne pas altérer la cristallinité du substrat. Ces travaux mettent en exergue le fait que la luminescence des boîtes quantiques après reprise d'épitaxie sur ces surfaces nanostructurées par nanoimpression est intense. Les boîtes quantiques sont ici appliquées à un domaine en plein essor : l'électronique de spin. Le principe est d'utiliser le spin de l'électron pour coder l'information. Trois problèmes majeurs doivent être surmontés pour ce faire : l'injection de porteurs polarisés en spin dans le semiconducteur, le transport de ces porteurs polarisés, et enfin la recombinaison radiative, le cas échéant, pour émettre des photons polarisés avec un bon rendement. Dans cette thèse, nous présentons un composant qui permet de qualifier l'ensemble de ces paramètres, la spinLED. Les temps caractéristiques de relaxation de spin dans le semiconducteur sont courts, de l'ordre de 100ps ; il a été nécessaire d'adapter la structure de la spinLED pour la rendre compatible aux caractérisations en hyperfréquence, jusqu'à 20GHz.
Author: Mikhail I. Dyakonov
Publisher: Springer
ISBN: 9783642097621
Category : Science
Languages : en
Pages : 0
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Book Description
The purpose of this collective book is to present a non-exhaustive survey of sp- related phenomena in semiconductors with a focus on recent research. In some sense it may be regarded as an updated version of theOpticalOrientation book, which was entirely devoted to spin physics in bulk semiconductors. During the 24 years that have elapsed, we have witnessed, on the one hand, an extraordinary development in the wonderful semiconductor physics in two dim- sions with the accompanying revolutionary applications. On the other hand, during the last maybe 15 years there was a strong revival in the interest in spin phen- ena, in particular in low-dimensional semiconductor structures. While in the 1970s and 1980s the entire world population of researchers in the ?eld never exceeded 20 persons, now it can be counted by the hundreds and the number of publications by the thousands. This explosive growth is stimulated, to a large extent, by the hopes that the electron and/or nuclear spins in a semiconductor will help to accomplish the dream of factorizing large numbers by quantum computing and eventually to develop a new spin-based electronics, or “spintronics”. Whether any of this will happen or not, still remains to be seen. Anyway, these ideas have resulted in a large body of interesting and exciting research, which is a good thing by itself. The ?eld of spin physics in semiconductors is extremely rich and interesting with many spectacular effects in optics and transport.
Author: Thomas Grange
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Languages : fr
Pages : 150
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Cette thèse présente une étude théorique des interactions électron-phonon dans les boîtes quantiques InAs/GaAs, où le régime de couplage fort entre les porteurs confinés dans les boîtes et les phonons optiques a pour conséquence la formation d'états intriqués appelés polarons. Nous prenons tout d'abord en compte le couplage fort entre excitons et phonons optiques afin de calculer l'absorption interbande sous champ magnétique. Nous calculons ensuite le temps de vie des états polarons, dont l'instabilité est due à leur composante phonon. Nous démontrons la nécessité de prendre en compte de manière détaillée les différents processus anharmoniques, dont l'efficacité dépend fortement de l'énergie du polaron. Ces calculs permettent d'expliquer les variations non monotones du temps de vie mesuré des polarons avec leur énergie. Nous étudions ensuite la dynamique de relaxation dans les boîtes doublement chargées, où l'interaction spin-orbite, associée aux couplages électron-phonon, entraîne des processus de retournement du spin entre états singulets et triplets. Finalement, nous étudions la cohérence optique de la transition intrabande fondamentale, dont l'élargissement avec la température est dû aux transitions réelles et virtuelles vers le deuxième état excité.
Author: Yidir Androussi
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Languages : en
Pages : 65
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Ce mémoire est une contribution à l'étude par microscopie électronique en transmission (MET) de la relaxation des contraintes dans les hétérostructures semiconductrices fortement désadaptées. Deux faits saillants y sont rapportés. Premièrement, un protocole d'étude quantitative des hétérogénéités de contrainte, associées aux nanostructures cohérentes qui se fonnent lors de l'épitaxie, a été mis au point. La caractéristique principale de ces hétérostructures est l'apparition d'une transition 2D-3D du mode de croissance lors des premiers stades de croissance. Cette transition se manifeste par la formation de nanostructures 3D, dotées de propriétés optoélectroniques remarquables. Ces propriétés sont dues à la faible dimensionnalité de ces nanostructures mais aussi à leur caractère cohérent. Faute de preuves expérimentales tangibles, cette caractéristique a fait l'objet de nombreuses controverses au début des années dix-neuf cent quatre-vingt dix même si elle était soutenue par certains modèles théoriques mettant en avant un nouveau mécanisme de relaxation par déformation élastique des îlots contraints. Nos premières observations MET nous ont pennis de confirmer ces modèles et de lever toute ambiguïté. Cette relaxation élastique des contraintes se traduit par des champs de défonnation hétérogènes du fait de la géométrie particulière des nanostructures, mais aussi à cause des phènomènes de ségrégation des espèces chimiques qui peuvent se produire pendant la croissance cristalline. Il est donc impératif de disposer de données expérimentales fiables et précises sur la géométrie des nanostructures et sur leur composition chimique, et ceci à une échelle aussi fine que possible pour pouvoir comprendre et prédire leurs propriétés physiques. Ce point est au centre des activités de recherches exposées dans la première partie. L'approche développée est fondée sur l'analyse des contrastes observés en MET en mode imagerie (champ noir/champ clair). Cette analyse a pour principe la comparaison des contrastes des images expérimentales et des contrastes simulés en injectant dans les équations de la théorie dynamique de diffraction des électrons les champs de déplacement calculés par la méthode des éléments finis. Nous avons pu montrer, pour la première fois, que la MET, en mode imagerie, est très sensible aux hétérogénéités de composition chimique des îlots contraints et à leur géométrie. Nous avons en outre montré qu'il est possible de découpler les deux paramètres. Deuxièmement, un nouveau mécanisme de nucléation des dislocations de désadaptation de réseau a été découvert dans ces hétérostructures. Ce mécanisme a été mis en évidence à l'issue d'une étude menée par MET en moyenne résolution (vue plane) et en très haute résolution (vue transverse). Cette étude nous a permis de localiser de façon précise les sites de nucléation des premières dislocations par rapport aux îlots préexistants: les dislocations sont trouvées systématiquement en plein centre des zones de coalescence d'îlots, ce qui met à jour un nouveau mécanisme de relaxation plastique dans ce type d'hétérostructure. Ce mécanisme est basé sur l'introduction de dislocations en début de coalescence, là où les concentrations de contraintes sont les plus importantes. Ce demier point a été quantifié à partir de calculs réalisés par la méthode des éléments finis.
Author: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (France)
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Languages : fr
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Author: SOPHIE.. HAMEAU
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Languages : fr
Pages : 166
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CETTE THESE CONSTITUE UNE ETUDE, PAR MAGNETOSPECTROSCOPIE AUX ONDES MILLIMETRIQUES, SUBMILLIMETRIQUES ET DANS L'INFRAROUGE LOINTAIN, DE LA STRUCTURE ELECTRONIQUE DES SYSTEMES CONFINES DE SEMI-CONDUCTEURS TELS QUE LES FILS (SYSTEMES 1D) OU LES BOITES QUANTIQUES (SYSTEMES 0D). UNE FACON DE REALISER DES STRUCTURES DE DIMENSIONS SUBMICRONIQUES ET NANOMETRIQUES EST DE MODULER LATERALEMENT LA DENSITE ELECTRONIQUE D'UN GAZ BIDIMENSIONNEL D'ELECTRONS (GE2D) CONTENU DANS UNE HETEROSTRUCTURE A DOPAGE SELECTIF. CETTE MODULATION EST OBTENUE PAR LITHOGRAPHIE ELECTRONIQUE SUIVIE D'UNE GRAVURE IONIQUE. NOUS AVONS ETUDIE, D'UNE PART, LE CONFINEMENT ET LA POPULATION ELECTRONIQUE DANS DES FILS GRAVES GAAS/A1GAAS. D'AUTRE PART, NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE LA PROFONDEUR DE GRAVURE SUR LA DENSITE D'UN GE2D CONTENU DANS UNE HETEROSTRUCTURE SI/SIGE. CETTE ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE A MONTRE QU'IL ETAIT POSSIBLE, SELON LA PROFONDEUR DE BARRIERE DOPEE GRAVEE, DE REALISER TOUTES LES ETAPES DE MODULATION DU GAZ BIDIMENSIONNEL, A SAVOIR UN GAZ BIDIMENSIONNEL FAIBLEMENT MODULE, PUIS UN RESEAU D'ANTIPLOTS (GE2D COMPORTANT UN RESEAU PERIODIQUE DE ZONES VIDES D'ELECTRONS) ET ENFIN UN RESEAU DE BOITES PARFAITEMENT ISOLEES LES UNES DES AUTRES DONT LA TAILLE EFFECTIVE DIMINUE FORTEMENT AVEC LA GRAVURE. UNE AUTRE MANIERE D'OBTENIR DES SYSTEMES CONFINES D'ELECTRONS EST LA CROISSANCE AUTO-ORGANISEE UTILISANT LE GRAND DESACCORD DE MAILLE ENTRE DEUX MATERIAUX. NOUS AVONS ETUDIE LE COUPLAGE ENTRE LES ELECTRONS ET LES PHONONS OPTIQUES DANS DES BOITES QUANTIQUES INAS, NE CONTENANT QU'UN SEUL ELECTRON, OBTENUES SUR UN SUBSTRAT GAAS. DANS LES SEMI-CONDUCTEURS MASSIFS, LES GAZ BIDIMENSIONNELS OU LES FILS QUANTIQUES, LES PHONONS OPTIQUES JOUENT UN ROLE FONDAMENTAL. EN EFFET, L'EMISSION DE PHONONS OPTIQUES EST LE MECANISME DE LOIN LE PLUS EFFICACE POUR LA RELAXATION DES ELECTRONS PLACES DANS DES NIVEAUX EXCITES. NOUS AVONS MONTRE L'EXISTENCE D'UN COUPLAGE FORT ENTRE LES ELECTRONS ET LES PHONONS AU SEIN DES BOITES QUANTIQUES CONDUISANT A LA FORMATION D'ETATS HYBRIDES ELECTRON-PHONON(S) : DES POLARONS A LONGUE VIE. LA RELAXATION DES PORTEURS PAR EMISSION DE PHONONS OPTIQUES EST ALORS IMPOSSIBLE DANS LES BOITES QUANTIQUES. CES POLARONS CONSTITUENT UN ASPECT NOUVEAU DE L'INTERACTION ELECTRON-PHONON DANS LES SEMI-CONDUCTEURS QUI POURRAIT AVOIR DES IMPLICATIONS IMPORTANTES SUR LA RELAXATION DES PORTEURS DANS LES NANOSTRUCTURES.
