Influencia del campo eléctrico en la magnetorresistencia por efecto túnel para una pseudo válvula de espín

Abstract

En el presente trabajo de investigación se propone estudiar analíticamente el funcionamiento de pseudo válvula de espín (PSV) constituidas por heteroestructuras semiconductoras del grupo III y V con estructura cristalina tipo zincblenda. Para lo cual las capas ferromagnéticas (FM) son sustituidas por semiconductores magnéticamente diluidos (DMS) o semiconductores ferromagnéticos (FMS) dopados con Mn o Fe, separados por un semiconductor (SC) como aislante magnético. Es decir, un sistema tipo Lj/SC/Lj, con Lj = DMS o FMS. Se analiza teóricamente una alternativa de control de respuesta de la magnetorresistencia por efecto túnel (TMR) para una PSV, bajo las siguientes condiciones: los vectores directores de magnetización se ubican paralelos al plano de crecimiento y el campo eléctrico perpendicular al plano en mención, el cual se induce mediante la aplicación de una diferencia de potencial electrostático (Vb) al aislante magnético, cuando los vectores directores de magnetización en los electrodos (Lj) son paralelos y cuando estos vectores son antiparalelos, Vb tiende a cero. El modelo físico-matemático que describe el problema consiste inicialmente en una aproximación parabólica en la banda de conducción o de valencia en el punto Γ del espacio reciproco mediante una barrera pozo de potencial cuántico rectangular, generado por el SC de la heteroestructura que forma la PSV. Por otro lado, se tiene en cuenta las energías debido al campo eléctrico inducido por Vb al SC y el acoplamiento espín-órbita que se presenta en las junturas (Rashba) y en la estructura cristalina del SC (Dresselhaus), la cual se relaciona con la relajación del espín, causante de la perdida de orientación del espín polarizado [1, 2]. Para la capa Lj se considera la dependencia angular de los vectores directores de magnetización con la energía de intercambio interna [3, 4]. Se plantea una solución analítica a las ecuaciones de Schrödinger-Pauli, permitiendo obtener una expresión exacta para la probabilidad de transmisión. Además, mediante la fórmula de Landauer para un sólo canal se calculó el TMR a 0 K [5]. En consecuencia, se analizó el desempeño en TMR en función del espesor del SC, para las siguientes PSV: Ga1−xMnxAs/AlAs con x = 0,04 [6, 7], Ga1−xMnxAs/GaAs con x = 0,05 [8], In1−xFexAs/InAs con x = 0,05 [9, 10](para estos casos Lj = DMS), Ga1−xFexSb/InAs con x = 0,25 [11, 12](para este caso Lj = FMS) y por ´ultimo, Fe/GaAs/Fe [13, 14] (para este caso Lj = FM). Obteniendo resultados coherentes a los trabajos de G. Autès et al. [13] y A. Saffarzadeh et al. [8]. Además, se observó que las PSV, cuyos electrodos se componen por DMS o FMS alcanzaron un TMR superior cuando Vb se aplica al SC sólo cuando los vectores directores de magnetización son paralelos entre sí, en comparación al TMR cuando Vb se aplica al SC continuamente siendo los vectores descritos paralelos o antiparalelos. En general, se observó que las heteroestructuras semiconductoras que en este trabajo se estudian, si los electrodos tienen iones de Mn presentan una mejor respuesta en TMR que los que tienen iones de Fe, pero estos últimos con un futuro promisorio para la fabricación de dispositivos espintrónicos funcionales cercanos a la temperatura ambiente [12, 15].