ISBN 9783843905268

978-3-8439-0526-8, Reihe Physik

Michael Hirmer
Elektronische Raman-Streuung und die Spin-Bahn-Wechselwirkung in p-dotierten GaAs/AlGaAs Quantentrögen

152 Seiten, Dissertation Universität Regensburg (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Spin-Bahn-Wechselwirkung in stark dotieren quasi-zweidimensionalen Lochgasen eingebettet in (001)-gewachsenen GaAs/AlGaAs Quantentrögen untersucht. Dabei wurde die B=0 Spin-Aufspaltung, die durch die Struktur-Inversions-Asymmetrie (SIA) des einseitig dotierten Quantentroges und die Bulk-Inversions-Asymmetrie (BIA) des GaAs-Kristallgitters hervorgerufen wird, des Valenzbandgrundzustandes mit der inelastischen Lichtstreuung experimentell nachgewiesen. Der Übergang von einem Spin-aufgespaltenen Schwerloch-Zustand in den anderen konnte dabei einer niedrigenergetischen Spin-Dichte-Anregung (SDE) zugeordnet werden. Gegenüber bisherigen Methoden liefert die Raman-Streuung damit einen direkten Zugang zur wellenvektorabhängigen Spin-Aufspaltungsenergie, erfordert kein äußeres Magnetfeld, das die Bandstruktur beeinflusst, und ist bei Lochgasen mit hohen Ladungsträgerdichten anwendbar. In der bisherigen Literatur wird in einfacher Näherung von einer kubischen Abhängigkeit der Spin-Aufspaltung vom Wellenvektor ausgegangen. Mit der resonanten Raman-Streuung konnte bei hochdotieren Lochgasen gezeigt werden, dass die Spin-Aufspaltung für hohe Wellenvektoren sättigt.

Aufgrund der Mischung von schweren und leichten Lochzuständen ist die Valenzband-Dispersion von 2D-Lochgasen für endliche Wellenvektoren stark nichtparabolisch und in verschiedene Kristallrichtungen anisotrop, wobei letzteres als Warping bezeichnet wird. Die Interferenz zwischen SIA und BIA ist ebenso anisotrop. Es konnte demonstriert werden, dass beides zu einer Anisotropie in der Spin-Aufspaltung führt, die sich direkt in der Linienform der Raman-Anregung widerspiegelt. Über das Resonanzverhalten der Linienform ließ sich eine steigende Anisotropie mit steigendem Wellenvektor schließen.

Bei Messungen in depolarisierter Streugeometrie wurde eine signifikante Abhängigkeit der Linienform der SDE vom Winkel zwischen den Polarisationsebenen und den in-plane Kristall-Achsen beobachtet. Eine derartige Abhängigkeit war in der elektronischen Raman-Streuung bisher noch nicht bekannt.

Mit Simulationen des Raman-Streuquerschnitts, die auf Multi-Band-k∙p-Bandstrukturrechnungen basieren, konnten die experimentellen Ergebnisse verifiziert werden.