Hamburg 2001 – wissenschaftliches Programm

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HL: Halbleiterphysik

HL 40: Hauptvortrag

HL 40.1: Hauptvortrag

Freitag, 30. März 2001, 10:45–11:30, S2

Spin-Bahn-Effekte in zweidimensionalen Lochsystemen — •R. Winkler¹, S. J. Papadakis², E. P. De Poortere² und M. Shayegan² — ¹Institut für Technische Physik III, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7, D-91058 Erlangen — ²Department of Electrical Engineering, Princeton University, Princeton, New Jersey 08544, USA

Der Spinfreiheitsgrad ist ein inhärent quantenmechanisches Phänomen. Infolge der Spin-Bahn-Wechselwirkung koppeln räumliche Bewegung und Spinbewegung aneinander, was beide Bewegungskomponenten wesentlich verändert. Bei Elektron- und Lochsystemen in niederdimensionalen Halbleiterstrukturen äußert sich diese Spin-Bahn-Kopplung in bemerkenswerter Weise. So erhält man in inversionsasymmetrischen Heterostrukturen bei Magnetfeld B=0 eine Spinaufspaltung in der Dispersion E(k). Diese wird üblicherweise gemäß einem semiklassischen Argument von Onsager aus der Aufspaltung der Schubnikov-de Haas-Frequenzen ermittelt. Doch unsere theoretischen und experimentellen Untersuchungen an 2D-Lochsystemen zeigen, daß die SdH-Frequenzen nicht in einfacher Weise mit den Spinsubband-Dichten bei B=0 verknüpft sind, da semiklassische Konzepte wie die Bohr-Sommerfeld-Quantisierung in Systemen mit Spin-Bahn-Kopplung wesentlich modifiziert werden müssen.

Für Volumenhalbleiter wie GaAs ist bekannt, daß die Dispersion E(k) der Löcher stark anisotrop ist, wogegen die Zeeman-Aufspaltung nur sehr schwach von der Richtung des Magnetfeldes abhängt. Wir zeigen, daß in 2D-Lochsystemen die Kopplung des Spinfreiheitsgrades an die anisotrope Bahnbewegung eine stark anisotrope Zeeman-Aufspaltung bezüglich verschiedener Richtungen eines in-plane Magnetfeldes zur Folge hat.