Reiknilíkön af rafeindaflutningi um örsmá hálfleiðarakerfi með spuna og brautarvíxlverkun Rashba

In this thesis we introduce modeling of electron transport through semiconductor nanostructures. An emphasis is put on exploring the effects of the Rasbha spin-orbit interaction on the transport. The Rashba spin-orbit interaction has been a promising candidate for controlling the spin of electrons in the field of semiconductor spintronics. Models of two types of two-dimensional electron gas semiconductor systems where made. One of a four-terminal spin-Hall setup and another of a quantumwire with a parabolic confinement and a periodically modulated potential. It was shown that for a system with a spin-Hall setup there is a large difference in spin conductance for terminals connected with sharp corners, on one the hand, and terminals connected with round corners, on the other hand. For systems with round corners it was found that the spin conductance was rich in energy dependent maxima and minima. This is different than for the spin conductance through a system with sharp corners; which only show a small dependence on the electron's energy. For the quantum wire system it was shown that the combined effect of the periodically modulated potential and the Rashba spin-orbit interaction produces gaps in the electron's energy spectrum that are shifted from the Bragg planes. These gaps appear as step-like dips in the charge conductance. It was shown that the location of some these gaps in energy, can be shifted via the spin-orbit interaction. These results show that it is possible to measure the strength of the Rashba spin-orbit interaction via a simple charge conductance measurement; without an external source of magnetic field or radiation.Í ritgerðinni er kynnt reiknilíkanagerð af rafeindaflutningi um örsmá hálfleiðarakerfi. Áhersla er lögð á áhrif spuna og brautarvíxlverkun Rashba á rafeindaflutninginn. Spuna og brautarvíxlverkun Rashba hefur þótt álitlegur kostur við stjórn spuna rafeinda á sviði hálfleiðara spunatækni (e. semiconductor spintronics). Gert var reiknilíkan af tveimur tegundum af tvívíðum hálfleiðarakerfum. Annars vegar fjögurra tengja uppsetning fyrir spunahrif Halls og hins vegar af skammtavír með fleigboga innilokunarmætti og lotubundnu mætti. Fyrir kerfi með uppsetningu fyrir spunahrif Halls var sýnt að mikill munur er á spunaleiðni ef notuð eru tengi með skörpum hornum annars vegar og rúnuðum hornum hins vegar. Kom í ljós að spunaleiðni kerfis með rúnuðum hornum inniheldur mikinn fjölda af orkuháðum hágildum og lágildum sem mögulegt er að hliðra með rúnun hornanna. Er þetta ólíkt spunaleiðni kerfa með skörpum hornum sem eru lítið háð orku rafeindanna sem flæða í gegnum kerfið. Fyrir skammtavír með fleigboga innilokunarmætti var sýnt að samanlögð áhrif lotubundins mættis og spuna og brautarvíxlverkun Rashba mynda geilar í orkurófi rafeindanna sem eru hliðraðar frá plönum Braggs. Geilar þessar koma fram sem þrepalaga fall í rafleiðni vírsins. Sýnt var að staðsetning sumra þessara geila í orku má stjórna með styrk spuna og brautarvíxlverkuninnar. Þessar niðurstöður sýna að mögulegt er að mæla styrk spuna og brautarvíxlverkun Rashba með einfaldri leiðnimælingu; án utanaðkomandi segulsviðs eða ljósuppsprettu.RANNÍS og Rannsóknarsjóður Háskóla Ísland