Resonant tunnelling diode with magnetised electrodes

• Autorzy: Szczepański Tomasz , Kudła Sylwia

Identyfikatory

DOI

10.7862/rf.2019.pfe.4

Warianty tytułu

PL

Rezonansowa dioda tunelowa z elektrodami magnetycznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We analyse some basic properties of charge and spin transport in a semiconductor structure with an insulating barrier. In this system two semiconducting layers are separated by the insulator, creating a structure which is called a tunnel junction. The particles may pass through this junction according to the quantum tunnelling effect. By using two tunnel junctions with energy barriers made of insulating material, one can construct a quantum potential well . Inside the well the energy levels are quantised, which means that only discrete or quasi-discrete values of energy are allowed. Moreover, the probability of charge tunnelling through the system, which contains the potential well, depends on whether the energy of the incoming particles is in coincidence with the so-called resonant energy level. Such systems form the base of structures called resonant tunnelling diodes.

PL

Przedstawiono podstawowe własności transportu ładunku i spinu poprzez wielowarstwowe struktury półprzewodnikowe, zawierające warstwy izolatorów. Układ półprzewodników przedzielonych warstwą izolatora stanowi rodzaj złącza tunelowego, poprzez które cząstki przedostają się wykorzystując zjawisko tunelowania kwantowego. Za pomocą dwóch złącz tunelowych zawierających bariery energetyczne w postaci materiału izolatora, konstruujemy kwantową studnię potencjału. W jej obszarze poziomy energetyczne ulegają skwantowaniu, przyjmując wyłącznie wartości dyskretne lub quasi-dyskretne. Ponadto prawdopodobieństwo tunelowania ładunków przez układ zawierający studnię potencjału zależy od tego czy energia padających cząstek znajduje się w koincydencji z dozwolonym w jamie tzw. rezonansowym poziomem energetycznym. Tego typu systemy stanowią podstawę funkcjonowania tzw. rezonansowych diod tunelowych. Przeanalizowano zależności od różnych parametrów układu, takich jak energia poziomu rezonansowego, szerokość barier potencjału, oraz wpływ pola magnetycznego na elektryczne oraz spinowe własności transportowanych cząstek. Badania te mają kluczowe znaczenie w projektowaniu urządzeń na potrzeby spintroniki. Wykorzystują one polaryzację spinową prądu, akumulację spinu w studniach potencjału, manipulowanie spinem w układach elektronicznych przy wykorzystaniu pola magnetycznego oraz indukowanie magnetyzacji w obszarze studni kwantowej zawierającej rozszczepione spinowo poziomy rezonansowe.

Słowa kluczowe

EN

resonant tunnelling; diode; magnetic tunnelling diode; spintronics

PL

rezonansowa dioda tunelowa; magnetyczna dioda tunelowa; spintronika

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Physics for Economy
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 3, No. 1
• Strony: 41--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Szczepański Tomasz

• Rzeszów University of Technology, Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland, phone: [phone]

autor

Kudła Sylwia

• Rzeszów University of Technology

Bibliografia

• 1. Kilgour M., Segal D., Tunneling diodes under environmental effects. Journal of Physical Chemistry C, 2015, 119, 25291.
• 2. Figueiredo J.M.L., Ironside C.N., Stanley C.R., Electric field switching in a resonant tunneling diode electroabsorption modulator. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2001, 37, pp. 1547-1552.
• 3. Figueiredo J.M.L., Boyd A.R., Stanley C.R., Ironside C.N., McMeekin S.G., Leite A.M.P., Optical modulation at around 1550 nm in a InGa- AlAs optical waveguide containing a InGaAs/AlAs resonant tunnelling diode. Applied Physics Letters, 1999, 75, pp. 3443-3445.
• 4. Figueiredo J.M.L., Stanley C.R., Boyd A.R., Ironside C.N., Optical modulation in a resonant tunneling relaxation oscillator. Applied Physics Letters, 1999, 74, pp. 1197- -1199.
• 5. Slobodskyy A., Gould C., Slobodskyy T., Becker C.R., Schmidt G., Molenkamp L.W., Voltage-controlled spin selection in a magnetic resonant tunneling diode. Physical Review Letters, 2003, 90, 246601.
• 6. Du G.X., Wang S.G., Ma Q.L., Yan Wang, R.C., Ward C., Zhang X.G., Wang C., Kohn A., Han X.F., Spin-dependent tunneling spectroscopy for interface characterization of epitaxial Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junctions. Physical Review B, 2010, 81, 064438.
• 7. Zutic I., Fabian J., Das Sarma S., Spintronics: Fundamentals and applications. Reviews of Modern Physics, 2004, 76, 323.
• 8. Nozaki T., Tezuka N., Inomata K., Quantum oscillation of the tunneling conductance in fully epitaxial double barrier magnetic tunnel junctions. Physical Review Letters, 2006, 96, 027208.
• 9. Wang Y., Lu Z.Y., Zhang X.G., Han X.F., First-principles theory of quantum well resonance in double barrier magnetic tunnel junctions. Physical Review Letters, 2006, 97, 087210.
• 10. Schmidt G., Ferrand D., Molenkamp L.W., Filip A.T., Wees B.J., Fundamental obstacle for electrical spin injection from a ferromagnetic metal into a diffusive semiconductor. Physical Review B, 2000, 62, R4790(R).
• 11. Fert A., Jaffrès H., Conditions for efficient spin injection from a ferromagnetic metal into a semiconductor. Physical Review B, 2001, 64, 184420.
• 12. López R., Sánchez D., Nonequilibrium spintronic transport through an artificial Kondo impurity: conductance, magnetoresistance, and shot noise. Physical Review Letters, 2003, 90, 116602.
• 13. Chshiev M., Stoeffler D., Vedyayev A., Ounadjela K., Magnetic diode effect in double-barrier tunnel junctions. Europhys. Letters 58, 257 (2002); Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2002, 240, 146.
• 14. Tiusan C., Greullet F., Hehn M., Montaigne F., Andrieu S., Schuhl A., Spin tunnelling phenomena in single-crystal magnetic tunnel junction systems. Journal of Physics: Condensed Matter, 2007, No. 16.
• 15. Faure-Vincent J., Tiusan C., Bellouard C., Popova E., Hehn M., Montaigne F., Schuhl A., Interlayer magnetic coupling interactions of two ferromagnetic layers by spin polarized tunneling. Physical Review Letters 89, 107206 (2002); Erratum: Physical Review Letters, 2002, 89, 189902.
• 16. Herranz D., Aliev F.G., Tiusan C., Hehn M., Dugaev V.K., Barnaś J., Tunneling in double barrier junctions with “hot spots”. Physical Review Letters, 2010, 105, 047207.
• 17. Ling J., Resonant Tunneling Diodes: Theory of Operation and Applications. New York 14627, 1999.
• 18. Fukuma Y., Wang L., Idzuchi H., Takahashi S., Maekawa S., Otani Y., Giant enhancement of spin accumulation and long-distance spin precession in metallic lateral spin valves. Nature Materials, 2011, 10, pp. 527–531.
• 19. Sokolovski D., Siewert J., Baskin L.M., Symmetry-assisted resonance transmission of identical particles. Physical Review A, 2016, 93, 012705.
• 20. Yamauchi Y., Sekiguchi K., Chida K., Arakawa T., Nakamura S., Kobayashi K., Ono T., Fujii T., Sakano R., Evolution of the Kondo effect in a quantum dot probed by shot noise. Physical Review Letters, 2011, 106, 176601.
• 21. Figueiredo J.M.L., Ironside C.N., Stanley C.R., Ultra-low voltage resonant tunnelling diode electroabsorption modulator. Journal of Modern Optics, 2002, 49, 5, pp. 939- -945.
• 22. Hung N.V., Mazzamuto F., Bournel A., Dollfus P., Resonant tunneling diode based on graphene/h-BN heterostructure. Journal of Physics D: Applied Physics, 2012, 45, 325104.
• 23. Saffarzadeh A., Daqiq R., Quantum size effects on spin-tunneling time in a magnetic resonant tunneling diode. Journal of Applied Physics, 2009, 106, 084308.
• 24. Han W., Pi K., McCreary K.M., Li Y., Wong J.J. I., Swartz A.G., Kawakami R.K., Tunneling spin injection into single layer graphene. Physical Review Letters, 2010, 105, 167202.
• 25. Kittel C., Introduction to Solid State Physics, John Wiley, New York, 2005.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).