양자점의 스핀-궤도결합 미세구조

전문가 제언

○ 스핀트로닉스(spintronics)에 대한 연구가 학문적 측면뿐만 아니라 실용적 측면에서도 새로운 연구 분야로 급부상하고 있다. 스핀트로닉스의 가장 큰 관심은 캐리어의 전하와 스핀의 자유도를 동시에 고려하여 메모리 및 논리소자를 구현하는 데 있다. 스핀을 고려한 소자는 스핀의 고유특성인 비휘발성뿐만 아니라 초고속 및 초저전력 특성 때문에 차세대 나노 일렉트로닉스의 성장을 주도할 것이다.

○ 스핀은 궤도각운동량 벡터와 상호작용하여 시스템의 미세구조를 결정하기 때문에 전자-스핀 상호작용은 많은 물리학자들의 끊임없는 연구대상의 하나다. 최근에는 밴드 갭이 좁은 III-V족의 반도체에서 강한 스핀세차운동이 일어나고 양자점에서의 궤도함수의 스위칭에 의하여 전류의 공명을 조절하는 실용적인 연구가 주목을 받고 있다. 최근에 포항공대의 이현우, 김세중(학부생)팀이 궤도함수 스위칭에 의해 양자점에서의 콘도효과를 보인 연구결과를 PRL 98, 186805(2007)에 발표한 것은 우리나라의 기초과학 연구역량을 과시한 것이어서 매우 고무적인 일이었다.

○ 이 리뷰는 등방성 양자점 디스크에 성장축 방향으로 양자화된 양자점의 2-전자 콤플렉스 시스템의 미세구조를 결정하기 위한 스핀-궤도 상호작용 계산모델을 제시한 것이다. 이를 이용하여 2-전자 콤플렉스 시스템의 미세구조를 계산하고 그 결과를 문헌과 비교하였다. 이 모델은 실제적으로 III-V족 반도체의 미세구조를 계산하기 위해 8-band Kane 모델을 z방향으로 성장한 양자우물 속 전자의 파동함수를 쿨롱퍼텐셜에 대한 해밀토니안에 적용한 것이다. 스핀-궤도 상호작용은 섭동론을 적용하여 쿨롱 퍼텐셜의 행렬요소를 계산하여 판단한 것이다.

○ 이 모델을 적용하여 GaAs계열 양자점의 갈라짐 파라미터값들의 계산결과를 제시하였다. 밴드 갭이 큰 물질에서는 파라미터값이 적었지만 밴드 갭이 작은 물질에서는 갈라짐 파라미터값이 크게 증가한 것을 보면 이 계열 반도체들이 왜 스핀제어 반도체로서 주목받고 있는지 알 수 있다. 이 파라미터값들은 편광분해 분광기에서 관찰한 값과 잘 일치하였다. 이 모델을 이용하여 수평 양자점뿐만 아니라 수직, 혹은 수직결합 양자점과 임의 형태의 나노 반도체의 스핀-궤도 상호작용 계산에도 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 기대하며 추천한다.

저자

M.M.Glazov and V.D.Kulakovskii

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

기초과학

연도

2009

권(호)

79(19)

잡지명

PHYSICAL REVIEW:B

과학기술
표준분류

기초과학

페이지

1953051~1953056

분석자

윤*중

분석물

• 양자점의 스핀-궤도결합 미세구조.pdf [437,671 byte]

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