ESTRUTURA DE SUPERREDES DE SPIN

INTRODUÇÃO:

A criação artificial de heteroestruturas como os poços quânticos, fios quânticos, pontos quânticos e superredes tiveram um grande impacto tecnológico, com aplicações em novos dispositivos ópticos e eletrônicos. Semicondutores do grupo II-VI apresentam gaps de energia que cobrem um intervalo extenso do espectro eletromagnético: do azul até o infravermelho distante. Para pesquisa fundamental, estes compostos abriram um novo campo de pesquisa, principalmente devido às suas propriedades magnéticas quando impurezas magnéticas, tais como Mn(+2) e Fe(+2), são adicionadas aos compostos binários. São então, conhecidos como semicondutores magnéticos diluídos ou semimagnéticos. Materiais magnéticos do tipo A(1-x)(II)Mn(x)B(VI) são de grande interesse já que sua natureza ternária permite ajustar os parâmetros de rede variando sua composição. O manganês tem camada 3d semipreenchida e pode substituir elementos do grupo II nas estruturas tetraédricas A(II)B(VI), mantendo assim a mesma estrutura cristalina desta liga, conferindo um alto efeito de eletroluminescência, sendo importantes então na aplicação em dispositivos opto – eletrônicos. O efeito do orbital 3d é originar dois níveis de energia na estrutura de banda, e +σ e e -σ (hibridização do orbital). Nesses sistemas a interação de troca entre os íons magnéticos localizados e os portadores das bandas de condução e valência produzem um efeito Zeeman extremamente grande quando comparado com semicondutores convencionais.

METODOLOGIA:

Calculamos a estrutura eletrônica de superredes semimagnéticas unidimensionais, obtendo sua relação de dispersão e autofunções. Os resultados foram obtidos numericamente utilizando o método split-operator, que consiste em calcular a evolução temporal de uma função de onda no domínio de tempos imaginários. O sistema foi investigado variando alguns parâmetros, tais como a temperatura, concentração de manganês e larguras das camadas com o objetivo de encontrar uma melhor configuração para que pudéssemos produzir os filtros de spins e estudar suas propriedades ópticas e magnéticas. Com a aplicação do campo magnético em superredes de semicondutores magnéticos diluídos, utilizamos o modelo de Gaj. Este se baseia na semelhança entre a magnetização observada experimentalmente e a função de Brillouin que descreve a magnetização no caso de momentos magnéticos não interagentes. Neste modelo, a componente da média térmica dos spins de Mn na direção do campo aplicado é descrita pela função de Brillouin ajustando o valor de saturação e introduzindo uma temperatura efetiva.

RESULTADOS:

Ao introduzir íons magnéticos no material formando um composto ternário e aplicar um campo magnético, ocorre uma separação espacial de spin em camadas distintas, ou seja, adotando uma superrede do tipo Zn(1-x)Mn(x)Se/Zn(1-y)Mn(y)Se, onde x e y são concentrações de manganês em cada camada da célula que se repete, os spins dos elétrons sofrerão influências da interação de troca com os íons magnéticos, podendo estar confinados em camadas diferentes (transição tipo I para tipo II) ou mesmo tornarem-se portadores livres. Submetemos este material à condições de contorno periódicas e concentrações distintas para cada camada. A curva da energia de gap com a concentração de manganês, é bastante peculiar fornecendo uma concentração de aproximadamente 4% de manganês na amostra para que as energias de gap da camada magnética seja a mesma da não magnética, para uma temperatura característica de 2,2K. Assim, a estrutura passa a atuar como um potencial constante para os elétrons. Com o campo magnético os estados de spin diferentes levantam sua degenerescência e passam a enxergar barreiras e poços de potencial. Para uma célula de 200 angstroms, com camadas de 50 e 150 angstroms, concentração de 5% e 1%, respectivamente, e campo de 5T, os spins up confinarão no poço formado na camada mais estreita e spins down não confinarão: estão submetidos à um mesmo potencial sobre toda a estrutura. Para outras temperaturas, o confinamento de elétrons e novas relações para energia de gap foram estudadas.

CONCLUSÕES:

A possibilidade de confinamento de spins distintos induz a pensar em uma estrutura que atue como filtro de spins. Verificamos como o confinamento depende da concentração de Mn e da largura das barreiras e poços e que, com a aplicação do campo magnético ao longo da direção de crescimento pode ocorrer uma transição Tipo I – Tipo II. Posteriormente vamos calcular a energia de ligação excitônica nessas estruturas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

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