Título

Efectos de interacción espín-órbita sobre el espectro de plasmones en un gas de electrones bidimensional

Spin-Orbit Interaction Effects in the Plasmon Spectrum in a Two Dimensional Electron Gas

Autor

Elmer Cruz Mendoza

Colaborador

Jesus Alberto Maytorena Cordova (Asesor de tesis)

Nivel de Acceso

Acceso Abierto

Resumen o descripción

El acoplamiento espín-órbita en sistemas de baja dimensionalidad es considerado un importante mecanismo que permite manipular el espín de los electrones, lo cual es fundamental para el desarrollo de dispositivos espintrónicos en semiconductores. Dicho acoplamiento produce notables modificaciones en las energías y estados propios del sistema, lo que aunado a la interacción electrón-electrón da lugar a interesantes cambios en la respuesta dieléctrica del medio afectando con ello al contínuo de transiciones de partícula simple y a la relación de dispersión de los plasmones. En el presente trabajo se realizó un estudio del espectro de excitaciones elementales de un gas electrónico bidimensional en presencia de acoplamiento espín-órbita anisotrópico (Rashba+Dresselhaus). Se calculó la respuesta dieléctrica utilizando el Método de Campo Autoconsistente. Además de las regiones de energía y momento correspondientes a transiciones intrasubbanda se encontraron nuevas zonas de transiciones intersubbanda cuyas dimensiones dependen fuertemente de los parámetros de acoplamiento espín-órbita Rashba y Dresselhaus. Notablemente, dicho contínuo de transiciones no sólo depende de la magnitud del vector de onda q, sino también de su dirección. Similarmente, como una consecuencia de la presencia simultánea de los acoplamientos de Rashba y Dresselhaus, la relación de dispersión de los plasmones intra- e inter-subbanda también dependen de la orientación de q. Esta dependencia angular en las excitaciones electrónicas es nuestro principal resultado y es la diferencia más relevante que existe con respecto al caso típico de la interacción espín-órbita isotrópica de Rashba. En el régimen de q peque˜na se derivaron expresiones analíticas para la relación de dispersión de los plasmones y se encontró que el efecto de la interacción espín-órbita desaparece cuando la magnitud del acoplamiento de Rashba es igual a la magnitud del acoplamiento de Dresselhaus. Los gases electrónicos con acoplamiento anisotrópico pueden ser considerados candidatos para desarrollar tecnología en el área de la espintrónica así como en plasmónica, ya que ahora el espectro de excitaciones no sólo puede ser manipulado por medio del acoplamiento espín-órbita, sino que además puede ser controlado a través la magnitud y dirección del vector de onda q.

Spin-orbit 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 adittion to the electron-electron interaction gives interesting changes in the dielectric response of the medium, affecting with this both the single particle transitions and dispersion relation of plasmons. In the present work a study of the elementary excitation spectra of a two dimensional electron gas in the presence of anisotropic spin-orbit coupling (Rashba+Dresselhaus) is presented. The dielectric response function was calculated using the Self-Consistent Field Approach. In addition to the intra-subband region a new inter-subband zone appears whose dimensions depends strongly on the Rasbha-Dresselhaus spin-orbit coupling parameters and, remarkably, not only on the magnitude of the wave vector transfer q but also on its direction. Similarly, as consequence of the interplay of both spin-orbit couplings, the dispersion relation for intra- and inter-subband plasmons also depends on the orientation of q. This angular dependency of the electronic excitations is our main result and is the main difference that exists with respect to the usual case of the isotropic Rashba spin splitting. In the small q regime analytical expressions for the dispersion of plasmons were derived and the spin-orbit effects were found to disappear when the amplitude of the Rashba spin-orbit coupling is equal to the magnitud of the Dresselhaus contribution. These type of spin-orbit coupled electronic gases can be considered good candidates for the development of technology in the area of spintronics as well as in plasmonics since the spectra of excitations can be manipulated no only by the spin-orbit coupling but also through the magnitude and direction of the wave vector q.

Editor

CICESE

Fecha de publicación

2009

Tipo de publicación

Tesis de maestría

Formato

application/pdf

Idioma

Español

Sugerencia de citación

Cruz Mendoza, E.2009.Efectos de interacción espín-órbita sobre el espectro de plasmones en un gas de electrones bidimensional.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 107 pp

Repositorio Orígen

Repositorio Institucional CICESE

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