Título
Excitaciones electrónicas en sistemas bidimensionales con interacción espín-órbita
Electronic excitations in two-dimensional systems with spin-orbit interaction
Autor
Elmer Cruz Mendoza
Colaborador
Jesus Alberto Maytorena Cordova (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
El acoplamiento espín-órbita, es un fenómeno sumamente interesante, el cual permite acceder y manipular el espín de los electrones. Esta interacción, aunque pequeña, en sistemas semiconductores de baja dimensionalidad es lo suficientemente grande como para ser considerada un mecanismo útil en el desarrollo de dispositivos espintrónicos. La presencia de dicho acoplamiento, modifica las bandas de energía y los estados propios del sistema lo que, en conjunto con la interacción electrón-electrón, da lugar a interesantes cambios en la respuesta dieléctrica del medio. En consecuencia, se ven afectados tanto la relación de dispersión de los plasmones, el espectro de excitaciones de partícula independiente, así como la respuesta óptica. En este trabajo, se realizó un estudio sobre la respuesta dieléctrica, la conductividad óptica y el espectro de modos colectivos característicos de un gas electrónico bidimensional, el cual se encuentra bajo la acción simultánea de los acoplamientos de Rashba y Dresselhaus. A través del método de campo autoconsistente, se obtienen expresiones para la relación de dispersión de los plasmones intra- e inter-EO, de donde se demostró que, estos últimos, se encuentran dentro de la región de excitaciones de partícula independiente inter-EO. En cambio, el plasmón intra-EO es debilmente afectado por la presencia de la interacción EO y se encuentra fuera de la región de creación de pares electrón-hueco intra-EO. Por otro lado, como una consecuencia de la falta de simetría en las subbandas desdobladas en espín, se observó que la conductividad óptica longitudinal adquiere una dependencia con respecto a la dirección del potencial eléctrico aplicado. Esta dependencia, también es observada cuando se considera la contribución de la intercción EO de Dresselhaus cúbica en el momento, cuyos efectos son relevantes cuando los parámetros de los acoplamientos EO son tales que se recupera la simetría SU(2). Estos resultados muestran que, además del control que se tiene a través de modular la frecuencia o por voltages de compuerta, el nuevo aspecto en la absorción óptica puede ser de gran utilidad en aplicaciones epintrónicas.
Spin-orbit (SO) coupling in low dimensional systems is considered an important mechanism that allows the manipulation of the electron spin, which is fundamental for the developement of spintronic semiconductor devices. This coupling produces notable modifications of the energies and states of the system which, in addition to the electron-electron interaction gives interesting changes in the dielectric response of the medium. Accordingly, the spectrum of single-particle excitations, the dispersion relation of collective modes, and the optical response, are also affected. In the present work, we investigate the dielectric response, the optical conductivity, and the plasmon spectrum of a two-dimensional electron gas with Rashba and Dresselhaus spin-orbit interaction. Using the self consistent field approach, we derive expresions for the dispersion relation of the intra- and inter-SO plasmons. We found that the latter is immersed within the continuum of inter-SO single-particle excitations. The intra-SO plasmons remain undamped and almost unaffected by the SO coupling. The longitudinal optical conductivity shows, however, a dependence on the direction of the externally applied potential caused by the anisotropic splitting of the spin states. This property, can also be observed, when the cubic in moment Dresselhaus coupling are taken into account. Its effects become relevant when the SO strenghts are such that the SU(2) symmetry is recovered. In addition to the control through the driving frequency or electrical gating, this new aspect of the optical absorption spectrum might be useful in spintronics applications.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2016
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Cruz Mendoza, E.2016.Excitaciones electrónicas en sistemas bidimensionales con interacción espín-órbita.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.135 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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