Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Мандель А. М., Ошурко В. Б., Карпова Е. Е., Соломахо К. Г. Квантовые шайбы в сильном магнитном поле – носители электронных состояний с управляемыми квантовыми числами // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 167-177. DOI: 10.18500/1817-3020-2025-25-2-167-177, EDN: TGFWME

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.06.2025
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 19)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Физика конденсированного состояния вещества
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.9:538.9:538.915
DOI: 
10.18500/1817-3020-2025-25-2-167-177
EDN: 
TGFWME

Квантовые шайбы в сильном магнитном поле – носители электронных состояний с управляемыми квантовыми числами

Авторы: 
Мандель Аркадий Михайлович, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Ошурко Вадим Борисович, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Карпова Елена Евгеньевна, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Соломахо Кирилл Георгиевич, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Аннотация: 

Рассмотрены электронные состояния плоских тонких квантовых колец прямоугольного сечения («квантовых шайб»), толщина которых h, внутренний радиус Rin и внешний Rex связаны соотношениями h ≪ Rex − Rin ≪ Rin. Установлено, что такого типа узкозонные гетероструктуры в широкозонной матрице могут стать базовыми элементами для спинтронных систем. Их спектр во внешнем магнитном поле можно свести к единственному устойчивому уровню, все квантовые числа которого (спиновое в том числе) контролируются внешним полем. Это доказано как численными расчетами, так и приближенными аналитическими оценками, проясняющими механизм формирования такого состояния. Из-за сохранения незатухающего квантового тока и связанного с ним магнитного момента состояния эти более устойчивы, чем в идеальных квантовых точках с похожим спектром. Рассмотрены варианты изменения спинового состояния локализованного на шайбе электрона продольным магнитным полем.

Ключевые слова: 
квантовая шайба
внешнее магнитное поле
состояния с управляемыми квантовыми числами
элементы спинтронных систем
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-29-00559, https://rscf.ru/prjcard_int?23-29-00559).
Список источников: 
  1. Viefers S., Koskinen P., Singha Deo P., Manninen M. Quantum rings for beginners: energy spectra and persistent currents. Physica E, 2004, vol. 21, iss. 1, pp. 1–35. https://doi.org/10.1016/j.physe.2003.08.076
  2. Мanninen M., Viefers S., Reimann S. M. Quantum rings for beginners II: Bosons versus fermions. Physica E, 2012, vol. 46, pp. 119–132. https://doi.org/10.1016/j.physe.2012.09.013
  3. Manolescu A., Daday C., Gudmundsson V. Coulomb and spin-orbit interaction effects in a mesoscopic ring. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2011, vol. 2, no. 3, pp. 29–36.
  4. Baran A. V., Kudryashov V. V. Spin-orbit interactions in semiconductor quantum ring in the presence of magnetic field. International Journal of Nanoscience, 2019, vol. 18, no. 3–4, art. 1940016. https://doi.org/10.1142/S0219581X19400167
  5. Kammermeier M., Seith A., Wenk P., Schliemann J. Persistent spin textures and currents in wurtzite nanowire-based quantum structures. Phys. Rev. B, 2020, vol. 101, no. 19, art. 195418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.195418
  6. Li B., Magnus W., Peeters F. M. Tunable exciton Aharonov-Bohm effect oin a quantum ring. Journal of Physics: Conference Series, 2010, vol. 210, no. 1, art. 012030. https://doi.org/10.1088/1742-6596/210/1/012030
  7. Lia J. M., Tamborenea P. I. Narrow quantum rings with general Rashba and Dresselhaus spin-orbit interaction. Physica E, 2020, vol. 126, art. 114419. https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.114419
  8. Kozin V. K., Iorsh I. V., Kibis O. V., Shelykh I. A. Periodic array of quantum rings strongly coupled to circularly polarized light as a topological insulator. Phys. Rev. B, 2018, vol. 97, no.3, art. 035416. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.035416
  9. De Lira F. A. G., Pereira L. F. C., Silva E. O. Study on the effects of anisotropic effective mass on electronic properties, magnetization and persistent current in semiconductor quantum ring with conical geometry. Physica E, 2021, vol. 132, art. 114760. https://doi.org/10.1016/j.physe.2021.114760
  10. Sullivan H. T., Cole J. H. A link between shape dependent lifetimes and thermal escape in quantum dots and rings. Physical Review Research, 2024, vol. 6, art. 013086. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.013086
  11. Panneerselvam K., Muralidharan B. Giant excitonic magneto-optical Faraday rotation in single semimagnetic CdTe/Cd1-xMnxTe quantum ring. Physica E, 2024, vol. 157, art. 115876. https://doi.org/10.1016/j.physe.2023.115876
  12. Rubo Y. G. Spin-orbital effect on polariton state in traps. Phys. Rev. B, 2022, vol. 106, art. 235306. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.235306
  13. Planelles J., Movilla J. L., Climente J. I. Topological magnetoelectric effect in semiconductor nanostructures: Quantum wells, wires, dots, and rings. Phys. Rev. Research, 2023, vol. 5, art. 023119. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.5.023119
  14. Blackman N., Genov D. A. Temperature dependent diamagnetic-paramagnetic transitions in metal/semiconductor quantum rings. Phys. Rev. B, 2020, vol. 102, art. 245429. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.245429
  15. Gioia L., Zülicke U., Governale M., Winkler R. Dirac electrons in quantum rings. Phys. Rev. B, 2018, vol. 97, art. 205421. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.205421
  16. Chakraborty T., Manaselyan A., Barseghyan M. Irregular Aharonov–Bohm effect for interacting electrons in a ZnO quantum ring. J. Phys.: Condens. Matter, 2016, vol. 29, no. 7, art. 075605. https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa5168
  17. Ledentsov V. M., Ustinov V. M., Shchukin V. A., Kop’ev P. S., Alferov Zh. I., Bimberg D. Quantum dot heterostructures: Fabrication, properties, lasers. Semiconductors, 1998, vol.32, iss. 4, pp. 343–365. https://doi.org/10.1134/1/1187396
  18. Mandel A. M., Oshurko V. B., Karpova E. E. Renormalization of the Landé factor and effective mass in small spherical quantum dots. Journal of Communications Technology and Electronics, 2019, vol. 64, pp. 1127–1134. https://doi.org/10.1134/S1064226919100085
  19. Mandel A. M., Oshurko V. B., Pershin S. M. A thin semiconductor quantum ring as an analog of a magnetically controlled Bohr Atom. Doklady Physics, 2021, vol. 66, no. 9, pp. 253–256. https://doi.org/10.1134/S1028335821090020
  20. Rodionov V. N., Kravtsova G., Mandel A. M. On the influence of strong electric and magnetic fields on spatial dispersion and anisotropy of optical properties of semiconductor. JETP Letters, 2003, vol. 78, iss. 4, pp. 218–222. https://doi.org/10.1134/1.1622035
  21. Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M. Rasseianie, reaktsii i raspady v nereliativistskoi kvantovoi mekhanike [Scattering, reactions and decays in non-relativistic quantum mechanics]. Moscow, Nauka, 1971. 544 p. (in Russian).
  22. Rodionov V. N., Kravtsova G. A., Mandel A. M. Ionization from a short-range potential under the action of electromagnetic fields of complex configuration. JETP Letters, 2002, vol. 75, iss. 8, pp. 363–467. https://doi.org/10.1134/1.1490000
  23. Rodionov V. N., Kravtsova G. A., Mandel A. M. Lack of stabilization of quasi-stationary states of the electron in a strong magnetic field. Doklady Physics, 2002, vol. 386, no. 1, pp. 725–727. https://doi.org/10.1134/1.1519315
  24. Vurgaftman I., Meyer J. R., Ram-Mohan L. R. Band parameters for III–V compound semiconductors and their allous. J. Appl. Phys., 2001, vol. 89, iss. 11, pp. 5815–5875. https://doi.org/10.1063/1.1368156
  25. Aleshkin V. Ya., Gavrilenko V. I., Ikonnikov A. V., Krishtopenko S. S., Sadofyev Yu. G., Spirin K. E. Exchange enhancement of g-factor in InAs/AlSb heterostructures. Semiconductors, 2008, vol. 42, iss. 7, pp. 828–833. https://doi.org/10.1134/S1063782608070129
Поступила в редакцию: 
30.10.2024
Принята к публикации: 
17.02.2025
Опубликована: 
30.06.2025
  • 108 просмотров