Аннотация

Спиновые степени свободы привлекают внимание многих исследователей по причине того, что ориентация спина электрона вдоль выбранной оси может иметь два хорошо определённых состояния - спин вверх и спин вниз, что является хорошим аналогом бита информации. Хотя идея создания спиновой логики была сформулирована ещё в шестидесятые годы прошлого столетия, до последнего времени она не была реализована на практике, пока не была показана возможность управлять спином посредством электрического тока или света, без магнитного поля.

В настоящее время спиновая электроника - спинтроника - быстроразвивающаяся область исследований и разработок, которая предлагает компоненты не только сравнимые, но зачастую и превосходящие по своим характеристикам самые современные компоненты, построенные на основе использования электронного заряда.

Для того, чтобы создать компонент, действующий на основе спина, необходимо последовательно внимательно изучить свойства переноса спина в полупроводниках. Так как кремний является наиболее широко применяемым материалом в современной микроэлектронике, изучение спиновой релаксации в кремниевых каналах представляет первостепенный интерес. Механическое напряжение широко используется для увеличения подвижности носителей в современных МОП-структурах. В диссертации kp метод используется для изучения зонной структуры и волновых функций в низкоразмерных электронных системах кремниевых плёнок в присутствии деформации сдвига и спин-орбитального взаимодействия. Аналитические выражения для волновых функций, полученных с помощью четырёхзонного kp гамильтониана построены для прямоугольной потенциальной ямы. Волновые функции используются для вычисления соответствующих матричных элементов спиновой релаксации. Учитываются вклады от шероховатости поверхности и электрон-фононного взаимодействия во время жизни спина. Вырождение двух нижних подзон снимается под действием сдвиговой деформации, что приводит к уменьшению доминирующего вклада от упругого междолинного спинового рассеяния. Таким образом, предсказывается увеличение времени жизни спина более чем на порядок в плёнках кремния, подвергнутых деформации.

Применение кремния в спиновом полевом транзисторе представляет значительный интерес, так как это обещает создать спиновые устройства, используя хорошо развитую технологию обработки кремния. Из-за нарушения симметрии, вызванного анизотропией химических связей на интерфейсах (интерфейсно-инверсионная асимметрия), эффективное спин-орбитальное взаимодействие, определяемое электрическим полем, оказывается сильнее в тонких кремниевых плёнках и пластинах. Показано, что в случае искуственно созданных барьеров Шоттки между истоком/стоком и каналом, модуляция магнетосопротивления остаётся достаточно выраженной даже при комнатной температуре. Для уменьшения длины канала, эффективная масса вдоль него должна быть большой. На основе двухзонной kp модели для зоны проводимости показано что зависимость магнетосопротивления от величины эффективного спин-орбитального взаимодействия в спиновых транзисторах с кремниевым каналом будет сильнее вдоль направления [100]. Это делает их практическое применение более предпочтительным.