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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2009.tde-24092009-185147
Document
Author
Full name
Luis Enrique Gómez Armas
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Goussev, Guennadii Mikhailovitch (President)
Bindilatti, Valdir
Choque, Nilo Mauricio Sotomayor
Farfan, Ana Melva Champi
Tabata, Americo Sheitiro
Title in Portuguese
Magnetotransporte em poços-quânticos duplos e triplos com diferentes valores do fator g de Landé
Keywords in Portuguese
diagramas de fase ns-B
estado canted antiferromagnetico.
fator g de Lande
poços quânticos
propriedades eletrônicas
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, apresentamos estudos sobre o transporte eletrônico de cargas e diagramas de fase no plano ns-B em bicamadas eletrônicas ou poços quânticos duplos, formados de ligas semiconductoras de AlxGa1-xAs e GaAs, assim como também em poços quânticos triplos de GaAs. Para esta finalidade, amostras de poços duplos com diferentes concentrações de Al (x) dentro de cada poço e triplos de GaAs foram crescidas. Inicialmente, se apresenta um estudo teórico, o qual mostrou que, em poços quânticos duplos em que em cada poço a concetração de Al é diferente, a aplicação de tensões de porta permite a modulação do fator g de Landé dos elétrons confinados nesses poços. Em especial, estudou-se o caso de concentrações de Al que correspondem a valores do fator g com sinal oposto, em cada poço. Posteriormente se faz um estudo teórico da estrutura eletrônica das amostras de poços duplos e triplos, em seguida apresenta-se os fundamentos teóricos que serão de base para a interpretação de nosso resultados experimentais. Na primeira parte de nosso trabalho, medidas de magnetotransporte (Shubnikov-de Haas (SdH) e Hall), foram realizadas em todas as amostras de estudo. Na amostra de poço duplo 3242, com fator g de Landé de sinais opostos foi encontrado o colapso do gap de spin nas oscilações SdH com o incremento do campo magnético, ou seja, a soma da energia de Zeeman mais a energia de troca e correlação é igual ao potencial de desordem. Este colapso é atribuido à competição entre as energias de troca, intracamadas e intercamadas. Foi realizada uma análise das oscilações SdH através da transformada de Fourier (FFT), para mostrar que as propriedades eletrônicas tais como a concentração e mobilidade dos elétrons, nas amostras de poços duplos, decrescem à medida que aumenta a concentracão de Al. As propriedades eletrônicas nas amostras de poços triplos dependem dos parâmetros de crescimento, tal como a largura dos poços e barreira. Na segunda parte, são apresentados diagramas de fase ns-B, obtidos através da justaposição dos espectros de magnetorresistência, em amostras de poços duplos e triplos em campo magnético perpendicular e certos valores de campo inclinado. Mostra-se que, em campo magnético perpendicular, o modelo de uma partícula sem interações descreve com boa aproximação o aparecimento dos anéis no diagrama de fase para a amostra de poço duplo com g = -0,44. No entanto, na amostra com g ~ 0 o modelo não descreve em boa aproximação os diagramas de fase em campo magnético perpendicular e inclinado, precisando de um modelo que inclua termos de interação de muitos corpos para uma possível explicação. Também se prediz a existência de um estado canted antiferromagnético. O modelo também mostrará que os diagramas de fase das amostras de poços triplos têm um comportamento semelhante ao das amostras de poços duplos, quando a densidade de elétrons do poço central é baixa comparada com a densidade dos poços laterais.
Title in English
Magnetotransport in double and triple quantum wells with different Landé g factor
Keywords in English
canted antiferromagnetic state.
electronic properties
Landé g factor
phase diagrams ns-B
quantum wells
Abstract in English
In this work, we present studies about the electronic transport of charges and phase diagrams in the ns-B plane in electronic bilayers or double quantum wells formed of both AlxGa1-xAs and GaAs semiconductor alloys, also in GaAs triple quantum wells. For this purpose, double quantum wells with different aluminium compositions (Al(x)) in each well and triple quantum wells samples were growth. Firstly, a theoretical study was presented, which showed that in double quantum wells with different Al compositions, the aplication of gate voltages allow the modulation of the Landé g factor of the electrons confined within each well. In particular, the case where the quantum wells have different Al compositions was studied, which lead to the opposite signs of the electronic g-factor in each well. After this, a theoretical study of the electronic structure has been presented of both double and triple quantum wells, then, a basic theory has been presented, which will be the base for the interpretation of our experimental results. At the frst part of our work, magnetotransport measurements (Shubnikov-de Haas (SdH) and Hall) were performed in all the studied samples. In the double quantum well sample (3242), wich has Landé g-factor with opposite signs in each well, was found the spin gap collapse at the Shubnikov-de Haas oscillations with an increase in the magnetic field, that is, the sum of the bare Zeeman energy and exchange potencial energy has the same magnitude of the disorder potencial. This collapse was attributed to the competition between the interlayer and intralayer exchange energies. Fast Fourier transform (FFT) of the Shubnikov-de Haas oscillations was performed in the double and triple quantum well samples to show that the electronic properties, such as electron density and mobility decrease with the increase of the Al compositions. On the other hand, the electronic properties on the triple quantum well samples depend on growth parameters, such as width and heigh barriers of the wells. At the second part ns- B phase diagrams were determined through the superposed longitudinal magnetoresistance, in the double and triple quantum wells samples at the perpendicular magnetic field and certain values of tilted magnetic fields. It has been shown that in a perpendicular magnetic field a single particle model describes in a good aproximation the appearance of ring structures in the phase diagram of the double quantum well with g = -0:44. Meanwhile, at the sample with vanishing Landé g-factor (g ~ 0) the single particle model can not describe in a good approximation the phase diagram, being a requirement a many particle model for an possivel explanation. It has also been predicted the existence of a canted antiferromagnetic state. Finally, the model will also showed the phase diagram of triple quantum wells are similar to double quantum wells, when the electron density of the middle well is low compared to the side wells.
 
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Teses_LG_final.pdf (29.61 Mbytes)
Publishing Date
2009-09-25
 
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