Efecto Dresselhaus - Dresselhaus effect

El efecto Dresselhaus es un fenómeno de la física del estado sólido en el que la interacción espín-órbita hace que las bandas de energía se dividan. Suele estar presente en sistemas cristalinos que carecen de simetría de inversión . El efecto lleva el nombre de Gene Dresselhaus , esposo de Mildred Dresselhaus , quien descubrió esta división en 1955.

La interacción espín-órbita es un acoplamiento relativista entre el campo eléctrico producido por un núcleo iónico y el momento dipolar resultante que surge del movimiento relativo del electrón , y su dipolo magnético intrínseco proporcional al espín del electrón . En un átomo, el acoplamiento divide débilmente un estado de energía orbital en dos estados: un estado con el espín alineado con el campo orbital y otro anti-alineado. En un material cristalino sólido , el movimiento de los electrones de conducción en la red se puede alterar por un efecto complementario debido al acoplamiento entre el potencial de la red y el espín del electrón. Si el material cristalino no es centro-simétrico , la asimetría en el potencial puede favorecer una orientación de espín sobre la opuesta y dividir las bandas de energía en subbandas alineadas y anti-alineadas.

El acoplamiento espín-órbita de Rashba tiene una división de banda de energía similar, pero la asimetría proviene de la asimetría masiva de los cristales uniaxiales (por ejemplo, de tipo wurtzita ) o de la falta de homogeneidad espacial de una interfaz o superficie. Los efectos Dresselhaus y Rashba suelen tener una fuerza similar en la división de bandas de las nanoestructuras de GaAs .

Hamiltoniano de zincblenda

Los materiales con estructura de zincblenda no son centrosimétricos (es decir, carecen de simetría de inversión). Esta asimetría de inversión masiva (BIA) obliga al hamiltoniano perturbativo a contener solo potencias impares del momento lineal . El término masivo de Dresselhaus Hamiltonian o BIA generalmente se escribe de esta forma:

${\ Displaystyle H _ {\ rm {D}} \ propto p_ {x} (p_ {y} ^ {2} -p_ {z} ^ {2}) \ sigma _ {x} + p_ {y} (p_ { z} ^ {2} -p_ {x} ^ {2}) \ sigma _ {y} + p_ {z} (p_ {x} ^ {2} -p_ {y} ^ {2}) \ sigma _ { z},}$

donde , y son las matrices de Pauli relacionadas con el espín de los electrones como (aquí está la constante de Planck reducida ), y , y son los componentes del momento en las direcciones cristalográficas [100], [010] y [001], respectivamente . ${\ textstyle \ sigma _ {x}}$${\ textstyle \ sigma _ {y}}$${\ estilo de texto \ sigma _ {z}}$${\ textstyle \ mathbf {S}}$${\ textstyle \ mathbf {S} = {\ tfrac {1} {2}} \ hbar \ sigma}$${\ textstyle \ hbar}$${\ textstyle p_ {x}}$${\ textstyle p_ {y}}$${\ textstyle p_ {z}}$

Cuando se tratan nanoestructuras 2D en las que la dirección de la anchura o [001] es finita, el Hamiltoniano de Dresselhaus se puede separar en un término lineal y uno cúbico. El hamiltoniano de Dresselhaus lineal se suele escribir como ${\ textstyle z}$${\ textstyle H _ {\ rm {D}} ^ {(1)}}$

${\ Displaystyle H _ {\ rm {D}} ^ {(1)} = {\ frac {\ beta} {\ hbar}} (\ sigma _ {x} p_ {x} - \ sigma _ {y} p_ { y}),}$

donde es una constante de acoplamiento. ${\ textstyle \ beta}$

El término cúbico de Dresselhaus se escribe como ${\ textstyle H _ {\ rm {D}} ^ {(3)}}$

${\ Displaystyle H _ {\ rm {D}} ^ {(3)} = - {\ frac {\ beta} {\ hbar ^ {3}}} \ left ({\ frac {d} {\ pi}} \ derecha) ^ {2} p_ {x} p_ {y} (p_ {y} \ sigma _ {x} -p_ {x} \ sigma _ {y}),}$

donde está el ancho del material. ${\ textstyle d}$

El hamiltoniano se deriva generalmente usando una combinación de la teoría de perturbación k · p junto con el modelo de Kane .

Ver también

• Estructura electrónica fina
• Resonancia de espín dipolo eléctrico
• Interacción giro-órbita

Referencias