Transición de Bloch en el gas de electrones confinado en pozos cuánticos de semiconductores

• Autores: Juri, Luis Octavio
• Año de publicación: 2009
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Tamborenea, Pablo Ignacio
• Materia: TRANSICION FERROMAGNETICA; POZOS CUANTICOS; GAS DE ELECTRONES; INTERACCION ESPIN-ORBITA; INTERACCION COULOMBIANA; CAMPO MEDIO; INTERACCION DE INTERCAMBIO; CORRELACIONES; FERROMAGNETIC TRANSITION; QUANTUM WELLS; SPIN-ORBIT; COULOMB INTERACTION; MEAN FIELD; EXCHANGE; CORRELATIONS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En la primera parte de esta tesis, calculamos la densidad crítica de la transición ferromagnética de primer orden, o transición de Bloch, para los electrones confinados en pozos cuánticos de semiconductores. Encontramos que la existencia de dicha densidad crítica es fuertemente dependiente del ancho del pozo, siendo esta dependencia gobernada por las distintas componentes de la interacción coulombiana de intercambio entre los electrones confinados en el pozo. A su vez, logramos mostrar que existe un ancho máximo de po- zo más allá del cual no es posible obtener la transición ferromagnética, por más que se disminuya la densidad en forma arbitraria. Estos resultados fueron obtenidos mediante la utilización de la aproximación de campo medio de Hartree-Fock estático y con la inclusión de apantallamiento de Thomas-Fermi. Por último, desarrollamos un modelo de masas efectivas dependientes de la polarización de espín que, mediante el ajuste de un solo parámetro, nos permitió comparar nuestros resultados con los obtenidos por otros investigadores mediante la utilización del método de Monte Carlo. En la segunda parte de la tesis, nos concentramos en el gas de electrones estrictamente bidimensional (2DEG) bajo la influencia de la interacción espín órbita de Rashba. Nuestro interés es poder encontrar sus efectos sobre la transición de Bloch, dentro del modelo de Hartree-Fock sin apantallamiento. Hemos logrado identificar dos fases cuánticas que com- piten entre sí: una fase ferromagnética, con polarización parcial de espín en la dirección perpendicular a la superficie del 2DEG y otra fase, paramagnética, en donde el espín de cada electrón está contenido en el plano. Presentamos un diagrama de fases en términos de los parámetros característicos del problema y finalmente comparamos nuestra descripción teórica con resultados experimentales obtenidos en heteroestructuras de GaAs/AlGaAs.
In the first part of the thesis, we calculate the critical density of the ferromagnetic first-order transition, known as Bloch transition, for a quasi-two-dimensional electron gas confined in semiconductor quantum wells. We find that the existence of such transition depends strongly on the well width, and that this dependence is governed by the different components of the electron-electron Coulomb interaction. Furthermore, we show that there exists a maximum well width beyond which the ferromagnetic transition is not possible, regardless of how low the density is. These results have been obtained within the static mean-field Hartree-Fock approximation with Thomas-Fermi screening. Finally, we develo- ped a model with polarization-dependent effective masses, which, by adjusting just one parameter, allowed us to compare our results with those obtained by other authors with the Monte Carlo method. In the second part of the thesis, we studied the strictly two-dimensional electron gas (2DEG) under the influence of the Rashba spin-orbit interaction. Our goal was to study the effects of this interaction on the ground state of the 2DEG described within the Hartree-Fock approximation without screening, with emphasis on the effects on the spin transition studied in the first part. We identified two competing quantum phases: a ferromagnetic phase, with partial spin polarization in the out-of-plane direction, and a paramagnetic phase, where the electron spin is in the quantum-well plane. We present a phase diagram in terms of the characteristic parameters of the problem and compare our theoretical description with experimental results obtained with GaAs/AlGaAs heterostructures.
Fil: Juri, Luis Octavio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.