Abstrakti
Työssä tutkittiin teoreettisesti ja kokeellisesti voimakkaan vaihtovuorovaikutuksen, magneettisen järjestäytymisen, ja spin-fluktuaatioiden vaikutuksia spintroniikan puolijohdekomponenttien sähköisiin kuljetusominaisuuksiin. Oleellisena osana tutkittujen komponettien rakennetta oli magnaanilla seostettu GaAs-kerros tai ferromagneettinen kvanttipiste. Tutkittuja komponentteja olivat pn-liitokset, Schottky-diodit, spin Esaki-Zener- tunnelidiodit, resonanssitunnelidiodit, ja ferromagneettiseen kvantti-pisteeseen perustuvat yksielektroni-transistorit.
Komponenttien mallinnuksessa käytettiin Greenin funktiotekniikkaa, kuten Keldyshin Greenin funktioita, mikä mahdollisti tarkan kvanttistatistisen mallinnuksen, jossa otettiin huomioon mm. sironnan vaikutus kvanttimekaanisesti laskettujen energiatilojen leviämiseen. Mallit ennustivat voimakkaasti varauksenkuljettajien spinistä riippuvia kuljetusilmiöitä, kuten magnetoresistanssia ja spinistä riippuvaa tunneloitumista, erityisesti ferromagneettisen transitiopisteen läheisyydessä ja ulkoisen magneettikentän vaikuttaessa. Malli ferromagneettisille kvanttipisteille ennusti Kondo-tyyppistä konduktanssiresonanssia korkeissa lämpötiloissa.
Työn kokeellisessa osassa valmistettiin useita spintroniikan puolijohdekomponentteja kuten ferromagnettisia diodeja käyttäen Molekyylisuihku-tekniikkaa mangaanilla seostettujen GaAs-ohutkalvojen kasvatuksessa. Komponenttien sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia tutkittiin mittaamalla I-V ominaiskäyrät, Hall ilmiö, magnetoresistanssi ja magnetointi lämpötilan ja magneettikentän funktiona. Tärkein tulos oli epäisotrooppisen tunnelimagnetoresistanssi-ilmiön löytyminen Esaki-Zener-tunnelidiodeissa ja ferromagneettisissa resonanssitunnelidiodeissa. Ilmiö havaittiin myös hyvin pienillä jännitteillä, mikä periaatteessa mahdollistaa hyvin pienitehoisten spintroniikan komponenttien toteutuksen. Työssä kehitetyt teoreettiset mallit selittivät havaitut magnetosähköiset ilmiöt. Esimerkiksi spin-epäjärjestyssironnan malli kuvasi tarkasti Mn-seostetuissa GaAs-ohutkalvoissa mitatun resistiivisyyden ja magnetoresistanssin laajalla lämpötila-alueella ja kaikilla mittauksissa käytetyillä magneettikenttäarvoilla.
Julkaisun otsikon käännös | Mangaanilla seostetuista GaAs-ohutkalvoista valmistetut spintroniikan puolijohdekomponentit |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-5389-9 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-5390-5 |
Tila | Julkaistu - 2013 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- spintroniikka
- galliumarsenidi
- puolijohdeteknologia
- magnetoresistanssi
- tunnelointi-ilmiöt