Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 15
1.1. Зонная структура и экситонный ферромагнетизм EuS 15
1.2. Электронные состояния и проводимость в PbS 28
1.3. Экситоны в системах пониженной размерности 35
1.4. Обзор современных теоретических методов расчета в квантовой теории полупроводников 43
1.4.1. Особенности метода огибающей функции в сверхрешетках 43
1.4.2. Вариационный метод в задачах физики твердого тела 50
Глава 2. Анализ гетероперехода PbS-EuS 54
2.1. Построение энергетической диаграммы гетероперехода PbS-EuS 54
2.2, Влияние ферромагнитного порядка на энергетическую диаграмму гетероперехода PbS-EuS 59
Глава 3. Расчет энергетического спектра (минизоннои структуры) сверхрешетки PbS-EuS 66
3.1. Расчет энергетического спектра сверхрешетки PbS-EuS в рамках метода огибающей функции в приближении эффективной массы 66
3.2. Расчет минизоннои структуры «закрытых квантовых ям» в сверхрешетке PbS-EuS 81
Глава 4. Экситоны в сверхрешетках PbS-EuS 86
4.1. Прямые и межъямные экситоны в сверхрешетках PbS-EuS 86
4.2. О конденсации экситонного газа в сверхрешетках на основе халькогенидов европия и свинца 95
Заключение 99
Основные выводы 104
Библиографический список использованной литературы
- Электронные состояния и проводимость в PbS
- Влияние ферромагнитного порядка на энергетическую диаграмму гетероперехода PbS-EuS
- Расчет минизоннои структуры «закрытых квантовых ям» в сверхрешетке PbS-EuS
- О конденсации экситонного газа в сверхрешетках на основе халькогенидов европия и свинца
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время ведутся активные экспериментальные исследования ферромагнитных полупроводниковых гетероструктур. Особенностью подобных структур является возможность управления их электрическими, магнитными, оптическими, магнитооптическими и частотными характеристиками с помощью внешнего электрического или магнитного полей, дающих дополнительную «степень свободы», что не всегда допустимо для гетероструктур на базе немагнитных полупроводников. В такого рода структурах могут быть достигнуты предельные возможности записи информации, где ее носителем будет спин электрона. Очевидным возможным практическим применением описанных эффектов является создание нового поколения узкополосных устройств твердотельной электроники миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, модулируемых и перестраиваемых по частоте магнитным полем.
Главной задачей работы являлся анализ магнитных и оптических свойств сверхрешетки на основе парамагнитный полупроводник – ферромагнитный полупроводник, обладающих почти идеальным согласованием постоянных кристаллических решеток.
Моносульфид европия (EuS) – ферромагнитный полупроводник с сильной спиновой поляризацией носителей тока. Материал обладает кристаллической структурой типа NaCl, что позволяет, при использовании моносульфида свинца (PbS) в качестве партнера по гетероструктуре, получать идеальные гетеропереходы. Наличие общего аниона S в халькогенидах свинца и европия не дает скачка потенциала в области валентных зон на гетеропереходе PbS-EuS. Разрыв потенциала на 2,9 эВ происходит в области зон проводимости этих полупроводников и приводит к образованию глубоких квантовых ям. Это учитывалось при моделировании гетероперехода, а также при расчете и анализе энергетических диаграмм и спектров сверхрешетки PbS-EuS.
Цель работы. Создание «идеальных» моделей гетероперехода и сверхрешетки «ферромагнитный полупроводник – парамагнитный полупроводник», расчет их энергетических диаграмм и спектров, анализ физических свойств, которые могут быть использованы в практических приложениях. А также исследование условий образования бозе-конденсата из триплетных экситонов высокой плотности и большим временем жизни в ферромагнитных слоях таких гетеросистем.
Основные задачи:
выбор гетеропары ферромагнитный полупроводник – парамагнитный полупроводник, удовлетворяющей требованиям максимального соответствия параметров кристаллических решеток (рассогласование менее 0,5%) и обладающих одинаковой сингонией;
на основе подобранных полупроводников построить модель гетероперехода и сверхрешетки PbS-EuS;
провести расчеты и анализ энергетических диаграмм гетероперехода и минизонной структуры сверхрешеток на основе моносульфидов европия и свинца;
проанализировать возможность создания устойчивого бозе-конденсата из прямых и межъямных экситонов и рассчитать энергию таких экситонов в сверхрешетке PbS-EuS при достаточно высоких температурах (15 К);
проанализировать свойства гетероструктур на основе ферромагнитного (EuS) и парамагнитного (PbS) полупроводников с целью их использования в спинтронике, а также возможность создания на основе рассматриваемых материалов приборов экситонной спектроскопии;
Научная новизна. Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
анализируется гетеропереход и сверхрешетка, состоящие из парамагнитного полупроводника PbS и ферромагнитного полупроводника EuS;
построена энергетическая диаграмма гетероперехода PbS-EuS;
рассчитан энергетический спектр сверхрешетки PbS-EuS;
определено влияние «закрытых квантовых ям» на проводящие свойства сверхрешетки PbS-EuS;
рассчитаны энергии прямых и межъямных экситонов в сверхрешетках на основе сульфидов европия и свинца;
проанализированы условия достижения высокой экситонной плотности и возможность образования бозе-конденсата из прямых и межъямных экситонов в сверхрешетке PbS-EuS.
Практическая значимость. Рассмотренная модель сверхрешетки PbS-EuS может использоваться при создании высокочастотных устройств электроники, а также в качестве материала для устройств спиновой информатики.
При достижении достаточных критических плотностей экситонов появляется возможность создания на основе рассматриваемых материалов приборов экситонной спектроскопии, оптических модуляторов, фазовращателей, переключателей и бистабильных элементов, оптических транзисторов и лазеров, где могут быть успешно использованы свойства экситонного газа.
Достоверность полученных результатов. Результаты теоретического расчета зонной структуры сверхрешеток на основе сульфидов европия и свинца, а также энергии экситонов, приведенные в диссертации, позволили детально объяснить результаты экспериментальных исследований по экситонной люминесценции в сверхрешетках PbS-EuS, по определению силы осциллятора экситонов, а также появлению поляризованного туннельного тока в рассматриваемых гетеросистемах.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Обоснование выбора компонентов гетероперехода и их структурного соответствия.
-
Результаты расчета энергетического спектра и минизонной структуры сверхрешетки PbS-EuS.
-
Результаты расчета энергии прямых и межъямных экситонов в сверхрешетке PbS-EuS.
-
Выводы по результатам анализа физических свойств сверхрешетки PbS-EuS.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5-ой научной молодежной школе «Микро- и наносистемная техника» (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийской научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2002), IV Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2003), Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2003), 7-ой научной молодежной школе по твердотельной электронике «Физика и технология микро- и наноструктур» (Санкт-Петербург, 2004), XIX Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, МГУ, 2004), Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2004), 6-ой Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников «Полупроводниковая опто- и наноэлектроника» (Санкт-Петербург, 2004), Международной конференции по физике электронных материалов «ФИЭМ-2005» (Калуга, 2005), Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2005), 7-ой Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников «Полупроводниковая опто- и наноэлектроника» (Санкт-Петербург, 2005), 5-ой Теренинской научно-практической конференции «Взаимодействие света с веществом» (Калуга, 2006), XX Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, МГУ, 2006), VIII Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, 2006), VI Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2006).
Личный вклад соискателя. Автором работы получены основные результаты и научные положения, выносимые на защиту. Им также проведен анализ полученных результатов теоретических исследований и подготовлены все материалы к опубликованию. Вклад соавторов в опубликованных в соавторстве работах заключается в формулировке общей концепции исследования и постановке задач (научный руководитель), при обсуждении и описании результатов.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано шесть статей, восемь материалов и восемь тезисов докладов конференций.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 117 страницах, иллюстрируется 29 рисунками, сопровождается 6 таблицами и включает в себя введение, 4 главы, общие выводы и список используемой литературы, включающий 147 наименований.
Электронные состояния и проводимость в PbS
Согласно приведенной формуле, знак обменного взаимодействия определяется осциллирующей функцией F(kbr). Для гранецентрированной кубической решетки знак / соответствует ферромагнитному обмену с ближайшими соседями J\ и антиферромагнитному J2 - с соседями, следующими за ближайшими. Величина [ J \ экспоненциально уменьшается при увеличении г, что приводит к уменьшению антиферромагнитиого обмена по сравнению с ферромагнитным.
Исследованию механизмов сверхобменного взаимодействия в халькогенидах европия, которые ответственны, в основном, за параметр J2 была посвящена обзорная статья Касуи [79].
Известно, что ферромагнитные европиевые халькогениды обладают полупроводниковой проводимостью зонного типа с высокой подвижностью носителей тока (до 10 чЮ см В" с" при низких температурах). Высокая намагниченность (4тгМ8=24кГс) и свойства, связанные с обменным взаимодействием носителей тока и магнитных ионов делают моносульфиды европия важным объектом теоретических исследований, в частности, в области полупроводниковых гетероструктур на их основе.
Как упоминалось выше, довольно низкая температура Кюри халькогенидов редких земель, в частности EuS, приводит к трудностям в их практическом применении. Преодоление этих обстоятельств связано в первую очередь с повышением температуры Кюри. Для этого можно использовать твердые растворы, которые позволяют в широких пределах изменять расстояние между ионами Еи2+, а, следовательно, и изменять энергетический электронный спектр, варьировать концентрацию носителей. В свою очередь это оказывает влияние на обменное взаимодействие и может привести к повышению температуры Кюри. Необходимо отметить, что в ряде экспериментов [81], удалось увеличить обменный параметр J, однако это не привело к увеличению Тс. Данное обстоятельство связано с тем, что введение в EuS диамагнитных ионов уменьшало концентрацию Ей +, а следовательно повысить температуру Кюри становилось невозможным. Между тем ситуация; меняется в случае применения магнитоактивных примесей, к примеру при использовании Sm температуру Кюри удается увеличить практически в два раза. Это обусловлено во первых переходом иона самария в магнитное состояние 4г— 4f+е", что соответственно не приводит к разбавлению ферромагнитной матрицы, и во вторых повышает косвенный обмен через электроны проводимости из-за увеличения концентрации последних. Тс в EuS также повышается при его контакте с металлом, что обусловлено увеличением косвенного обмена. Таким образом, на магнитное состояние оказывают существенное влияние контактные эффекты.
Перейдем теперь к рассмотрению электрических свойств EuS. Для описания процессов токопереноса удобно воспользоваться моделью, содержащей зонный носитель и локализованный магнитный момент, взаимодействующие между собой. Тогда в результате обменного взаимодействия происходит расщепление зоны проводимости и валентной зоны на подзоны для спина вверх () и вниз (). Величина этого расщепления зависит от параметров обменного взаимодействия и для EuS составляет порядка 8 эВ.
В отличие от классических полупроводников, например, кремния и германия, в EuS наблюдается эффект значительного отрицательного магнетосопротивления [82]. Это свидетельствует о том, что сопротивление EuS в магнитном поле уменьшается, а следовательно возрастает подвижность носителей заряда. Отметим, что подобный эффект отрицательного магнетосопротивления наблюдается только в узкой зоне вблизи температуры Кюри. В слабых полях этот эффект линеен по полю и определяется следующим выражением:
Ар(Н_Ґ Р \JSj где J- обменный интеграл, S- спин магнитного иона. Итак, основываясь на изложенных выше фактах в качестве гетеропары для ферромагнитного монохалькогенида европия нами был выбран парамагнитный монохалькогенид свинца, так как оба материала обладают практически одинаковыми постоянными решетки (5,96 Е - EuS, 5,95 Е - PbS) типом симметрии {pl\ простыми кристаллическими структурами (типа NaCl). Эти условия, как говорилось выше, являются определяющими при создании «идеальных» полупроводниковых гетероструктур.
Влияние ферромагнитного порядка на энергетическую диаграмму гетероперехода PbS-EuS
Создание среды, в которой возможен перенос пространственно ориентированного спина электрона из ферромагнетика в парамагнетик является важной проблемой для современной микроэлектроники.
Известно, что в ферромагнитных полупроводниках существует связь между электронной плотностью и намагниченностью: чем больше плотность, тем выше степень ферромагнитного порядка и, как следствие этого, понижается дно зоны проводимости. Фактически происходит притяжение электронов через реальные магноны. В конечном итоге это повышает экранирование положительного пространственного заряда на границе гетеропереходов в сверхрешетке EuS - PbS [125].
Данный фактор необходимо учитывать при анализе энергетической зонной диаграммы, которой был проведен выше без учета ферромагнитного порядка в сульфиде европия. Поэтому проведенный расчет был пересмотрен, так как базироваться только на модели Андерсона здесь уже не достаточно.
В данной главе впервые в расчеты по модели Андерсона включено влияние косвенного s-f-обмена. При этом рассматриваемая задача усложняется и для ее решения целесообразно использовать вариационный метод.
Здесь возникает и вторая проблема - проблема подбора пробной функции, выбор которой может быть существенно облегчен, если вариационную процедуру решения провести в комбинации с теорией возмущения.
Рассмотрим гетеропереход PbS-EuS, энергетическая зонная диаграмма которого, в соответствии с диффузионной моделью Андерсона, была построена в 2.1. Выберем направление (111), совпадающее с осью сверхрешетки. Как было сказано выше, за счет образования гетероперехода уровень Ферми в PbS поднимется, а плотность электронов в нем возрастет
При построении данной энергетической диаграммы не учтено изменение ферромагнитного упорядочения в слое сульфида европия в приповерхностной области гетероперехода. Высокая концентрация электронов (до п 1021см"3) на границе приводит к интенсивному косвенному обмену их с магнитными атомами европия и установлению более высокого ферромагнитного порядка в приповерхностном слое, толщину которого можно определить из вариационной процедуры решения соответствующего уравнения Шредингера. Оно описывает состояние электронов в пограничной области халькогенида европия и в приближении сплошной среды имеет вид: где A - интеграл -/-обмена, 7і - «поверхностная» температура Кюри, S -спин магнитного атома Eu, С1 - площадь ферромагнитной области, m -эффективная масса электрона, є - статическая диэлектрическая проницаемость, а - постоянная решетки, г - расстояние от гетерограницы вглубь слоя EuS, e{reF) равна единице внутри ферромагнитной микрообласти и нулю вне ее, \е\п - плотность положительного заряда в приповерхностной области сульфида европия. Малой величиной в гамильтониане уравнения (2.2.1) будем считать: U = ТО. AS (2.2.2) Это действительно так, если —- = 0,1эВ, -Ат-г = 0,ЗэВ, а —г2 ==1.2эВ для слоя EuS. В этом случае возмущение системы относительно слабо, если потенциальная энергия изменяется на величину U. Тогда оператор Гамильтона возмущенной системы имеет вид: Н =Нд +U.
В квантовом пределе для решения (2.2.2) используются вариационная методика [127], где волновая функция щ аппроксимируется пробной функцией параметр Ъ в которой определяется из условия минимизации энергии электронов.
В выражении для W0 первый член Е0 можно найти из решения уравнения (2.2.3), которые приведены в работе [127]. Второй член U0o является поправкой к энергии в первом приближении и может быть найден из формулы (2.2.5) с учетом выражений (2.2.2) и (2.2.4). Поправку к энергии во втором приближении дает третий член. Для его определения используем формулы (2.2.6) и (2.2.7).
После этого можно определить равновесные значения размера ферромагнитных областей со стороны слоя халькогенида европия, исходя из условия минимума полной энергии электронной системы:
Для значений —, а, є, Тк и гп, соответствующих ферромагнитному полупроводнику EuS, были получены следующие значения г»23А и Wn «-0,91эВ. Таким образом, благодаря косвенному обмену через электроны проводимости, первоначально сосредоточенных в приповерхностном слое, устанавливается ферромагнитный порядок на глубине более 20А. В этой области дно зоны проводимости может опускаться до 0,25эВ, предоставляя тем самым возможность другим электронам просачиваться в слой EuS. С учетом этого энергетическая диаграмма в приповерхностной области существенно изменится (рис.14) [128].
Расчет минизоннои структуры «закрытых квантовых ям» в сверхрешетке PbS-EuS
На гетеропереходе тонких слоев монохалькогенидов европия и свинца создается достаточно своеобразная энергетическая диаграмма, когда (в случае вырождения) заполненная зона проводимости PbS ограничивается запрещенной зоной EuS, в которой расположена, образовавшаяся вследствие спинового расщепления 4-состояний внутренним обменным полем, заполненная 4ff-nonoca. Из-за сильной локализации волновых функций 4і -состояния должны носить практически атомарный характер, но взаимодействие через р-состояния аниона приводит к расщеплению 4f-состояний с образованием зоны шириной 0,54эВ [32].
В ряде исследований эту энергетическую полосу причисляют к верхней части валентной зоны, что заведомо неправильно, так как последняя образована 2р-состояниями халькогена серы [68]. Таким образом, при анализе гетероперехода на основе сульфидов европия и свинца и построении его энергетической диаграммы сталкиваются с проблемой учета взаимодействия состояний 4ґт-полосьі, попавшей в запрещенную зону EuS, с 6 -состояниями зоны проводимости моносульфида свинца. Макроскопически данные состояния 4г-полосы ограниченны областями объемного приповерхностного заряда и оказываются в, так называемой, «закрытой квантовой яме», что обуславливает появление уровней размерного квантования [136].
С микроскопических позиций непосредственное взаимодействие электронов 4f- и бэ-оболочек относится к взаимодействию «катион-катион» и прямой переход электрона запрещен правилами отбора. Взаимодействие ионов осуществляется по следующей схеме: 4fEu-»5dEu-» 3ps-»6spb) то есть через р-оболочки общего аниона между электронами возбужденного состояния катиона европия и основного состояния катиона свинца. С позиции зонной структуры это соответствует взаимодействию электрона заполненной 41-полосы халькогенида европия с s-состояниями зоны проводимости вырожденного моносульфида, посредством общей валентной зоны и виртуальных состояний пустой зоны проводимости EuS.
Взаимодействие «закрытых квантовых ям», также как и взаимодействие электронов 4і"-оболочек ионов европия одного слоя описывается схемой вида: 4fEu-»5dEui-»3ps-»5dEu2- 4fEu2, что соответствует взаимодействию электронов заполненных 4і -полос слоев халькогенида европия посредством общей валентной зоны и виртуальных состояний пустых зон проводимости EuS.
Таким образом, на положение уровней размерного квантования «закрытой квантовой ямы» оказывают влияние два механизма взаимодействия: 1. «закрытая квантовая яма»— валентная зона- яма; 2. «закрытая квантовая яма»-»валентная зона - «закрытая квантовая яма», и, таким образом, в рамках приближения сильной связи необходимо учитывать уже взаимодействие и между вторыми соседями. Все это приводит к тому, что уровни размерного квантования «закрытой квантовой ямы» будут уширяться в минизоны. Заполнение данных минизон приводит к периодическому изменению магнитного момента сульфида европия в соответствии с правилами Гудинафа-Канамори (рис.20).
Таким образом, особенности зонной структуры рассматриваемой сверхрешетки связаны с тем, что составляющий слой EuS одновременно оказывается и барьером, и квантовой ямой, образованной 4f7 - полосой, которая находится в запрещенной зоне и потому является закрытой. Меняя толщину слоев EuS (барьеров) можно изменить ширину минизон в закрытых ямах, а с изменением ширины ям (в слое PbS) возможен подбор необходимого положения минизон. Это позволяет регулировать концентрацию электронов, перетекающих из PbS в EuS и тем самым влиять на магнитное состояние слоев моносульфида европия.
Учитывая, что слои халькогенидов европия и свинца имеют одинаковые постоянные решетки и одну и ту же кристаллическую симметрию, при анализе минизоннои структуры «закрытых квантовых ям», можно использовать описанную выше схему, но в приближении сильной связи для взаимодействующих квантовых ям (с учетом связи с ближайшими соседями).
Ширину минизон можно определить из соответствующего дисперсионного соотношения для различных значений барьеров, которыми для «закрытых квантовых ям» из f-состояний в EuS, являются слои PbS, благодаря существенной разнице в величине эффективных масс и степени вырождения, которое в приближении сильной связи сводится к уравнению:
Таким образом, результаты расчетов показывают, что в подобной гетероструктуре, в отличие от обычного разделения носителей заряда на электроны и дырки, наблюдается еще и спиновое разделение. Видно разделение уровней размерного квантования для разного направления спина электрона, а также их различная ширина.
При расчетах для различных толщин слоев, составляющих сверхрешетку, влияние f-состояний наиболее ярко проявляется при толщине барьера, когда резонансное туннелирование по этим состояниям превышает нерезонансное туннелирование через барьер, и туннелирование существенно сказывается на размерном квантовании носителей (уширение уровней).
Итак, минизонный спектр квантовой ямы PbS оказывается спиново расщепленым. Это приводит к тому, что при ферромагнитном состоянии соседних слоев моносульфида европия (при низких температурах), в сверхрешетке PbS-EuS электроны испытывают спиновую поляризацию вследствии заполнения в первую очередь нижних по энергии спин-отщепленных подзон. Таким образом, в рассматриваемой системе источником спин-поляризованных электронов является PbS-слой, из-за фильтрующих свойств ферромагнитных слоев моносульфида европия.
О конденсации экситонного газа в сверхрешетках на основе халькогенидов европия и свинца
В исследуемой сверхрешетке реализована идея «широкозонного окна», которая позволяет благодаря наличию высокого потенциального барьера на границе полупроводников, практически свести к нулю сквозное токопрохождение электронов и дырок. Это обстоятельство позволяет создать транзисторы с отсутствием рекомбинации в эмиттере. Более того, реализация этого эффекта позволяет значительно расширить и точно контролировать спектральную область солнечных элементов и фото детекторов и повысить эффективность светодиодов.
Рассматриваемая сверхрешетка может найти применение в каскадных лазерах, в которых излучение возникает в результате внутризонных переходов электронов между уровнями квантовых ям, а также фотоприемниках далекого инфракрасного излучения, работающих на эффекте фотопроводимости, обусловленной фотопереходами электронов из квантовых ям сверхрешетки в непрерывный спектр.
Полупроводниковые лазеры среднего инфракрасного (ИК) диапазона находят практическое применение в области телекоммуникации и локации. Широкое применение находят длинноволновые лазеры в ИК-спектроскопии и медицине. Известно, что высокоэнергетические лазеры используют в качестве хирургического инструмента — это так называемый световой скальпель. Низкоэнергетические лазеры, каковыми являются полупроводниковые лазеры, используются в фото динамической терапии и лазеротерапии.
Более того, сочетание магнитных и полупроводниковых свойств в одном материале позволят создать принципиально новые приборы быстродействующей электроники. Их работа основывается на взаимодействии дрейфующих носителей заряда с бегущими спиновыми волнами. Это делает возможным использование таких систем как в качестве усилительных, так и генерирующих.
Из-за того, что концентрация носителей тока в ферромагнитном полупроводнике на несколько порядков меньше, чем в ферромагнитных металлах, а следовательно, туннелирование через ферромагнитный полупроводниковый барьер энергетически выгоднее, чем сквозь ферромагнитный металл, определяет возможность создания на их основе магнитоуправляемого диода, обратное пробойное напряжение которого можно регулировать внешним магнитным полем.
Сверхрешетка PbS-EuS «идеально» подходит для реализации в ней спинового токопереноса, и, следовательно, создания на ее основе спиновых фильтров, инжекторов, одноэлектронных логических структур для информатики и т.д. Ведь основная сложность при создании приборов на основе спиновой инжекции это подбор пары ферромагнитный полупроводник - полупроводник, которая характеризовалась бы 100% спиновой поляризацией носителей в ферромагнитном полупроводнике и большой степенью спинового расщепления электронных уровней полупроводника. Заметим, что использование структур ферромагнитный металл - полупроводник в спинтронных устройствах малопродуктивно в силу того, что пренебрежимо мала вероятность осуществления спинового транспорта из ферромагнитного металла в полупроводник.
Увеличение энергии связи, силы осциллятора экситона в наноструктурах и усиление кулоновского взаимодействия между электроном и дыркой, образующими экситон в двумерной структуре парамагнитный полупроводник - ферромагнитный полупроводник позволяет создавать приборы, действие которых основано на физических процессах, определяемых экситонными состояниями. Прикладывая внешнее напряжение к квантовой яме или множественным квантовым ямам можно модулировать интенсивность света на частоте экситонного перехода за счет изменения поглощения. Подобная структура может одновременно быть как оптическим модулятором, так и детектором излучения. На ее основе возможно построение фазовращателей, переключателей и бистабильных элементов, оптических транзисторов и лазеров, где могут быть успешно использованы свойства экситонного газа.
Таким образом, здесь показано, что сверхрешетки на основе магнитных полупроводников обладают рядом уникальных электрофизических свойств, позволяющие расширить круг используемых материалов для создания электронной полупроводниковой техники. Это в свою очередь является основой для принципиально новых практических применений магнитных полупроводников.
