velikost textu

High mobility two-dimensional electron gas in CdTe quantum wells:High magnetic field studies

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
High mobility two-dimensional electron gas in CdTe quantum wells:High magnetic field studies
Název v češtině:
Dvourozměrný elektronový plyn v kvantových jamách CdTE: studie ve vysokých magnetických polích
Typ:
Disertační práce
Autor:
RNDr. Jan Kunc, Ph.D.
Školitel:
doc. RNDr. Roman Grill, CSc.
Oponenti:
ing. Ludvík Smrčka, DrSc.
Dr. Wojciech Knap
Id práce:
44648
Fakulta:
Matematicko-fyzikální fakulta (MFF)
Pracoviště:
Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
Program studia:
Fyzika (P1701)
Obor studia:
Kvantová optika a optoelektronika (4F6)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
14. 2. 2011
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
Dvourozměrný elektronový plyn, celočíselný a zlomkový kvantový Hallův jev, elekron-elektronová interakce, optická spektroskopie a elektronový transport ve vysokém magnetickém poli a nízkých teplotách.
Klíčová slova v angličtině:
Two-dimensional electron gas, integer and fractional quantum Hall effect, electron-electron interaction, optical spectroscopy and electronic transport at high magnetic fields and low temperatures.
Abstrakt:
xxxxxDvourozměrný elektronový plyn v kvantových jamách CdTe:xxxxx studie ve vysokých magnetických polích Tato práce se zabývá experimentálním studiem dvou-dimenzionálního elektronového plynu v kvantových jamách CdTe a CdMnTe. Interpretace dat je podpořena nume- rickými výpočty pásové struktury kvantově omezených stavů použitím aproximace lokální elektronové hustoty a aproximace obálkové funkce. Řešení vlastních stavů Kohn-Luttingerova 4×4 k.p hamiltoniánu vedlo k potvrzení správnosti parabolické aproximace valenčních pásů. Základní charakterizace vzorků proběhla metodami Ramanovy spektroskopie a infračervené absorpce. Magneto-transport v nízkém magnetickém poli ukazuje na dominantní vliv semi-klasické Drudeho vodivosti a taktéž byly pozorovány o tři řády slabší efekty slabé lokalizace, elektron-elektronové interakce a Shubnikov-de Haasových oscilací. Příspěvek elektron-elektronové interak- ce byl taktéž vysvětlen semi-klasickým modelem cirkulujících elektronů. Mimo jiné byl určen tvar a rozšíření Landauových hladin, transportní a kvantová doba života a dominantní rozptylový mechanizmus vodivostních elektronů. Magneto-transport ve vysokém magnetickém poli vykazuje formování zlomkových kvantových Hallových stavů v Landauových hladinách N = 0 a N = 1. Bylo zjištěno, že základní zlomkové stavy 5/3 a 4/3 jsou plně polarizované, v souladu s teorií kompozitních fermionů pro zlomkový kvantový Hallův jev. Teplotní závislost tvaru spektrální čáry fotoluminiscence v nulovém magnetickém poli byla popsána jednoduchým ana- lytickým modelem a byl prokázán nezanedbatelný vliv vyšších děrových podpásů. Studium zesíleného spinového štěpení v širokém rozsahu teplot a magnetických polí ukázalo, že k tomuto mnoha-částicovému jevu nedochází jen v okolí Fermiho meze, ale i v plně obsazených Landauových hladinách a tento jev byl úspěšně popsán numerickým modelem. Intenzita luminiscence v magnetickém poli ukázala domi- nantní vliv nezářivé rekombinace elektron-děrových párů a dále vliv degenerace Lan- dauových hladin, jejich obsazení, výběrových pravidel a stínění. Taktéž byl identi- fikován proces současné spinové relaxace elektronů a děr, zprostředkovaný BAP (Bir- Aharonov-Pikus) relaxačním mechanizmem doprovázeným emisí podélných aku- stických fononů. Spektra excitační luminiscence vykazují vliv hustoty stavů dvou- dimenzionálního systému s parabolickou disperzí. Excitonové rezonance pozorované na hraně první excitované Landauovy hladiny základního elektronového podpásu ukazují na důležitost stínění a vnitřního elektrického pole v asymetricky dopovaných kvantových jamách. Klíčová slova: Dvourozměrný elektronový plyn, celočíselný a zlomkový kvan- tový Hallův jev, elektron-elektronová interakce, optická spektroskopie a elektronový transport ve vysokém magnetickém poli a nízkých teplotách.
Abstract v angličtině:
KurHigh mobility two-dimensional electron gas in CdTe quantum wells: High magnetic field studies Experimental studies of two-dimensional electron gases confined in CdTe and CdMnTe quantum wells are presented. The data analysis is supported by numerical calcula- tions of the band structure of confined states, using the local density and envelope func- tion approximations. Four by four, k.p calculations have been performed to justify the parabolic approximation of valence bands. Samples were characterized by Raman scatter- ing spectroscopy and far infrared cyclotron resonance absorption measurements. Low-field magneto-transport shows the dominant contribution of the semi-classical Drude conduc- tivity and three orders of magnitude weaker contributions of weak localization, electron- electron interaction and Shubnikov-de Haas oscillations. The contribution of electron- electron interactions is explained within a semi-classical model of circling electrons. The shape of Landau levels, broadening, transport and quantum lifetimes and dominant long- range scattering mechanism have been determined. High-field magneto-transport displays fractional quantum Hall states at Landau levels N = 0 and N = 1. The ground states 5/3 and 4/3 have been determined to be fully spin polarized, in agreement with the approach of composite fermions for the fractional quantum Hall effect. The form of the photolumi- nescence at zero magnetic field and its evolution with temperature have been described by simple analytical model. Magnetic field and temperature dependence of the photolumines- cence has been found to display the enhanced spin splitting of fully occupied Landau levels. This many body enhanced spin gap has been successfully described by a numerical model. The intensity of the photoluminescence demonstrated the importance of the non-radiative recombination channel, degeneracy of Landau levels, their occupation, selection rules and screening. The mechanism of the simultaneous electron and hole spin-flip was recognized and attributed to the longitudinal acoustical phonon assisted Bir-Aharonov-Pikus spin relaxation mechanism. Photoluminescence excitation spectra embody the characteristic density of states of two-dimensional systems. The excitonic resonances, which are observed at the edges of unoccupied electric subbands, illustrate the importance of screening and internal electric fields in asymmetrically doped quantum wells. Keywords: Two-dimensional electron gas, integer and fractional quantum Hall effect, electron-electron interaction, optical spectroscopy and electronic transport at high mag- netic fields and low temperatures.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce RNDr. Jan Kunc, Ph.D. 14.01 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce 24 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky RNDr. Jan Kunc, Ph.D. 22 kB
Stáhnout Posudek vedoucího doc. RNDr. Roman Grill, CSc. 1.84 MB
Stáhnout Posudek oponenta ing. Ludvík Smrčka, DrSc. 527 kB
Stáhnout Posudek oponenta Dr. Wojciech Knap 213 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby Ing. Jana Jágrová 36 kB