تاثیر جفت شدگی اسپین مدار بر خواص الکترونی حلقه‌های کوانتومی دو بعدی

رضایی, قاسم; حبیبی نسب, سحر

doi:10.22055/jrmbs.2019.14903

تاثیر جفت شدگی اسپین مدار بر خواص الکترونی حلقه‌های کوانتومی دو بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

10.22055/jrmbs.2019.14903

چکیده

در این مقاله، یک حلقه‌ی کوانتومی را در نظر گرفته و سپس ترازهای انرژی آن تحت تأثیر میدان‌های‌ الکتریکی و مغناطیسی خارجی و در حضور برهم‌کنش اسپین مدار راشبا و درسل هاوس مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور، ابتدا هامیلتونی سیستم را در حضور جفت شدگی اسپین مدار و در حضور میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی خارجی نوشته و سپس با استفاده از روش قطری‌سازی، ویژه مقدارهای انرژی سیستم را محاسبه کرده و تاثیر میدان‌های خارجی و پهنای حلقه را بر ویژه مقادیر انرژی سیستم مطالعه می‌کنیم. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که برهم‌کنش اسپین مدار، میدان‌های خارجی و پهنای حلقه تاثیر قابل توجهی بر ترازهای انرژی سیستم دارند

کلیدواژه‌ها

موضوعات

فیزیک اطلاعات کوانتومی

عنوان مقاله [English]

Spin-orbit interaction effects on the electronic structure of two-dimensional quantum rings

نویسندگان [English]

Ghasem Rezaei
Sahar Habibi Nasab,

Department of Physics, Faculty of Sciences, Yasouj University, Yasouj, Iran

چکیده [English]

In this paper, electronic structure of a two dimensional quantum ring under the influence of external electric and magnetic fields are studied in the presence of Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions. To do this, at first, the effective Hamiltonian of the system by considering the spin-orbit coupling is demonstrated in the presence of applied electric and magnetic fields and afterwards the Schrodinger equation is solved using the matrix diagonalization approach. Then, we investigate the effects of external fields and the size of the ring on the eigenvalues the system. Our results indicate that, spin-orbit interactions, external fields and the ring size have a great influence on the electronic structure of the system.

کلیدواژه‌ها [English]

Quantum rings
Spin-orbit interactions
external fields
diagonalization method

مراجع

[1] Y.A. Bychkov, E.I. Rashba, Oscillatory effects and the magnetic susceptibility of carriers in inversion layers, Journal of Physics C 17 (1984) 6039.

[2] G. Dresselhaus, Spin-Orbit Coupling Effects in Zinc Blende Structures,Physical Review 100 (1955) 580.

[3] S. Datta, B. Das, Electronic analog of the electro‐optic modulator, Applied Physics Letters 56 (1990) 665.

[4] J. Schliemann, J.C. Egues, D. Loss, Nonballistic Spin-Field-Effect Transistor, Physical Review Letters 90 (2003) 146801.

[5] K.C. Nowack, F.H.L. Koppens, Yu. V. Nazarov, L.M.K. Vandersypen, Coherent Control of a Single Electron Spin with Electric Fields, Science 318 (2007) 1430.

[6] S. Bednarek, B. Szafran, Spin Rotations Induced by an Electron Running in Closed Trajectories in Gated Semiconductor Nanodevices, Physical Review Letters 101 (2008) 216805.

[7] P. Földi, B. Molnar, M.G. Benedict, F.M. Peeters, Spintronic single-qubit gate based on a quantum ring with spin-orbit interaction, Physical Review B 71 (2005) 033309.

[8] S. Bellucci, P. Onorato, Ballistic spin rotator based on a Π nanojunction with spin-orbit interaction, Physical Review B 77 (2008) 165305.

[9] J. Splettstoesser, M. Governale, U. Zülicke, Persistent current in ballistic mesoscopic rings with Rashba spin-orbit coupling, Physical Review B 68 (2003) 165341.

[10] J.S. Sheng, K. Chang, Spin states and persistent currents in mesoscopic rings: Spin-orbit interactions, Physical Review B 74 (2006) 235315.

[11] G.H. Ding, B. Dong, Spin-orbit coupling effect on persistent currents in a one-dimensional quantum ring with an Anderson impurity, Physical Review B 76 (2007) 125301.

[12] Q.F. Sun, X.C. Xie, J. Wang, Persistent Spin Current in a Mesoscopic Hybrid Ring with Spin-Orbit Coupling, Physical Review Letters 98 (2007) 196801.

[13] G.Y. Huang, S.D. Liang, Orbital magnetic phase and pure persistent spin current in spin-orbit coupling mesoscopic rings, Europhysics Letters 86 (2009) 67009.

[14] A.G. Aronov, Y.B. Lyanda-Geller, Spin-orbit Berry phase in conducting rings, Physical Review Letters 70 (1993) 343.

[15] F.E. Meijer, A.F. Morpurgo, T.M. Klapwijk, One-dimensional ring in the presence of Rashba spin-orbit interaction: Derivation of the correct Hamiltonian, Physical Review B 66 (2002) 033107.

[16] D. Frustaglia, M. Hentschel, K. Richter, Quantum Transport in Nonuniform Magnetic Fields: Aharonov-Bohm Ring as a Spin Switch, Physical Review Letters 87 (2001) 256602.

[17] X.F. Wang, P. Vasilopoulos, Spin-dependent magnetotransport through a mesoscopic ring in the presence of spin-orbit interaction, Physical Review B 72 (2005) 165336.

[18] G. Cohen, O. Hod, and Eran Rabani, Constructing spin interference devices from nanometric rings, Physical Review B 76 (2007) 235120.

[19] B.H. Wu, J.C. Cao, Magnetotransport through a ring conductor with Rashba spin-orbit interaction, Physical Review B 74 (2006) 115313.

[20] Kh. Shakouri, B. Szafran, M. Esmaeilzadeh, F.M. Peeters, Effective spin-orbit interaction Hamiltonian for quasi-one-dimensional quantum rings, Physical Review B 85 (2012) 165314.

[21] M.P. Nowak, B. Szafran, Spin-orbit coupling effects in two-dimensional circular quantum rings: Elliptical deformation of confined electron density, Physical Review B 80 (2009) 195319.

[22] M. Akbari, G. Rezaei, R. Khordad, The Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions in a two-dimensional quantum pseudo-dot system, Superlattices and Microstuctures 101 (2017) 429.