A Comprehensive Study of Dilute Magnetic ... - OPUS Würzburg

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IV Contents 7 Simultaneous strong coupling of a self-assembled quantum dot to a Fermionic and a Bosonic bath 83 7.1 Quantum dot coupled to its Mn doped environment . . . . . . . . . . . . . 83 7.2 Quantum dot coupled to both baths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 7.3 A comparison of various magnetic dots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 8 Resonant tunneling through a dilute magnetic self-assembled quantum dot near zero bias voltage 95 9 Conclusion and outlook 101 A Numerical solution of a double RTD circuit 105 A.1 A homotopy Newton method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 A.2 Computing the path along a spin-resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 B Scientific publishing with Mathematica 109 Bibliography 120
Zusammenfassung Diese Doktorarbeit befasst sich mit Transportmessungen an resonanten Tunneldioden (engl. resonant tunneling diode, RTD), welche vollständig aus II-VI Halbleitermaterial bestehen. Das verdünnt magnetische (engl. dilute magnetic semiconductor, DMS) Halbleitermaterialsystem (Zn,Be,Mn,Cd)Se ist sehr vielseitig und eignet sich hervorragend als Testsystem für diverse Spintronik Bauelemente, denn magnetische und elektrische Eigenschaften lassen sich getrennt voneinander einstellen. Im Gegensatz zum ferromagnetischen Halbleiter (Ga,Mn)As verändert das Dotieren von ZnSe mit Mn nicht die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters. Im ersten Teil dieser Arbeit stellen wir ein neues Modell vor, das sowohl die qualitative als auch die quantitative Analyse zweidimensionaler (Zn,Mn)Se Quantentrog RTDs ermöglicht. Eine vollständige theoretische Beschreibung zeigt lediglich ansatzweise Übereinstimmung mit dem Experiment [Havu 05]. Anstatt die Beschreibung der I-V Kennlinie aus grundlegenden quantenmechanischen Prinzipien aufzubauen, verwendet das hier vorgestellte Modell eine empirische Beschreibung der Resonanzen in den I-V Kennlinien der RTDs. Wir zeigen, dass die nicht resonanten Beiträge zum Tunnelstrom maßgeblich von der durch die angelegte Spannung verkippten Doppelbarriere abhängen und dass dies durch eine Transfermatrix modelliert werden kann. Angesichts dieser Erkenntnisse diskutieren wir die Anwendbarkeit idealisierter Modelle für die Beschreibung der Charakteristika von II-VI Halbleiter RTDs und zeigen warum diese nicht in der Lage sind ihre wichtigste Transporteigenschaft, die Resonanz, richtig wiederzugeben. Wie bereits von Slobodskyy et. al gezeigt wurde, lassen sich diese DMS RTDs als spannungsgesteuerte Spinfilter nutzen. In ihrem intuitiven Modell zur Beschreibung der Spinfilter Eigenschaften ist die gemessene I-V Kennlinie bei B=0 T der Startpunkt für die weitere Modellierung der Magnetfeldabhängigkeit. Dieses Modell zeigt gute Übereinstimmung mit den Messungen bis einschließlich B=6 T. Es wird jedoch weder versucht das Zustandekommen dieser Nullfeld I-V Kennlinie herzuleiten, noch den Wirkungsgrad des untersuchten Spinfilters zu bestimmen. Das hier vorgestellte Modell beinhaltet eine vollständige, konsistente Beschreibung des erweiterten Messbereichs bis B=14 T einschließlich der Nullfeldkennlinie. Des weiteren ermöglicht es uns den Wirkungsgrad des Spinfilters aus den Messdaten zu bestimmen. Zusätzlich werden die Auswirkungen von Emitterzuständen und Probenunregelmäßigkeiten auf die Transporteigenschaften der DMS RTDs aufge- 1
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