XIII. SPINTRONIKA Janusz Adamowski

Wielkość: px
Rozpocząć pokaz od strony:

Download "XIII. SPINTRONIKA Janusz Adamowski"

Transkrypt

1 XIII. SPINTRONIKA Janusz Adamowski 1

2 1 Wst p Spintronika zajmuje si wytwarzaniem, przeksztaªcaniem i detekcj pr - dów spolaryzowanych spinowo. Podczas przepªywu pr du spolaryzowanego spinowo transportowane s zarówno ªadunki elektryczne jak i spiny cz stek. Pr d spolaryzowany spinowo polega na przepªywie no±ników ªadunku (elektronów lub dziur) o okre±lonym spinie. Podstawowe poj cia spintroniki j = g sto± pr du no±ników o spinie s z = + /2 j = g sto± pr du no±ników o spinie s z = /2 Pr d ªadunkowy j c = j + j (niespolaryzowany spinowo) Pr d spinowy j s = j j (spolaryzowany spinowo) Uwaga: W powy»szym wzorze skªadowe j i j mog by przestawione. Polaryzacja spinowa pr du przy czym Motywacja bada«: P = j s j c, (1) 0 < P 1. wykorzystanie spinu elektronu (niezale»nie od ªadunku elektronu) jako no±nika informacji = kubit spinowy, minimalizacja zu»ycia energii i wydzielanego ciepªa w przyrz dach elektroniki spinowej, dalsza miniaturyzacja przyrz dów elektronicznych: = tranzystor wykonuj cy operacje na spinie pojedynczego elektronu, Zostaª ju» zbudowany tranzystor jednoelektronowy, wykonuj cy operacje na ªadunku pojedynczego elektronu. Przyrz dy spintroniczne: (1) ltr spinowy (polaryzator/analizator spinów), (2) tranzystor spinowy, (3) separator spinów (spin splitter). Odpowiedniki optyczne (elektroniczne) 2

3 Ad (1) Filtr spinowy polaryzator (analizator) ±wiatªa lub dioda prostownicza. Poza generacj pr du spolaryzowanego spinowo mo»e on te» sªu»y do detekcji tego pr du. Ad (2) Tranzystor spinowy modulator elektrooptyczny Ad (3) Separator spinów krysztaª dwójªomny Geometria przyrz dów spintroniki/nanoelektroniki: planarna (typu mesa) pionowa (typu nanodrutu) 3

4 Rysunek 1: Mechanizm Vapor-Liquid-Solid (VLS) wzrostu póªprzewodnikowych nanodrutów z krzemu. Rysunek 2: Las nanodrutów z GaAs. Typowy rozmiar nanodrutu: dªugo± L 1µm ±rednica D nm Nanodruty póªprzewodnikowe = struktury quasi-jednowymiarowe 4

5 Rysunek 3: Obraz ze skaniningowego mikroskopu elektronowego i schemat (wstawka) tranzystora FET na bazie nanodrutu InSb z kontaktami Ni. M. Fang et al., J. Nanomaterials (2014). Rysunek 4: Przekrój heksagonalnego nanodrutu z InGaAs o strukturze rdzeniowo-powªokowej. K. Tomioka et al., Nature 488 (2012)

6 Rysunek 5: Tranzystor (konwencjonalny) FET wytworzony z nanodrutów (p-si) o strukturze Gate-All-Around (GAA). G. Larrieu and X.-L. Han, Nanoscale 5 (2013) Fizyczne podstawy spintroniki Dziaªanie przyrz dów spintronicznych opiera si na wykorzystaniu oddziaªywania pomi dzy elektronowym spinowym momentem magnetycznym i efektywnym polem magnetycznym. Oddziaªywanie to posiada natur relatywistyczn i mo»e by wyprowadzone z klasycznej elektrodynamiki lub kwantowej mechaniki relatywistycznej (równania Diraca). W trakcie tego wykªadu b d rozwa»aª jedynie spinowo spolaryzowane elektrony w póªprzewodnikach. Otrzymane wyniki mo»na równie» zastosowa do dziur w póªprzewodnikach, je»eli w prezentowanych poni»ej wzorach dokonamy nast puj cych zast pie«: ªadunek q e = e = q h = +e (e = ªadunek elementarny) pasmowa masa efektywna m e = m h spin s e = /2 = s h = /2, 3 /2 efektywny czynnik Lande'go ge = gh 2.1 Klasyczna elektrodynamika Je»eli elektron (o ªadunku q e = e i masie spoczynkowej m e0 ) porusza si w pró»ni z pr dko±ci v w zewn trznych polach magnetycznym (B) i elektrycznym (F) (mierzonych w ukªadzie laboratoryjnym), to dziaªa na niego efektywne pole magnetyczne B eff (mierzone w ukªadzie wªasnym elektronu) B eff = B + B SO, (2) 6

7 gdzie B SO = 1 c 2 v F. (3) Wzór (3) wynika z transformacji Lorentza pola elektromagnetycznego i jest sªuszny z dokªadno±ci do wyrazów rz du (v/c) 2, c = pr dko± ±wiatªa w pró»ni. Ze spinem elektronu s zwi zany jest spinowy dipolowy moment magnetyczny µ s = gµ B s. (4) µ B = e /(2m e0 ) = magneton Bohra g = czynnik Lande'go W pró»ni g = 2 + O(10 3 ). Energia oddziaªywania spinowego dipola elektronu z efektywnym polem magnetycznym E spin = µ s B eff = E Z + E SO, (5) gdzie E Z jest energi spinowego oddziaªywania Zeemana, a E SO jest energi oddziaªywania spin-orbita E Z = µ s B, (6) E SO = 1 c 2 µ s (F v). (7) Wprowadzaj c p d elektronu p = m e0 v i uwzgl dniaj c precesj Thomasa (czynnik 1/2) otrzymujemy E SO = 1 2m e0 c 2 µ s (F p). (8) Uwaga Je»eli pole elektryczne jest centralne, tzn. F(r) = F r (r)(r/r), to otrzymujemy E SO = e F r 4m 2 e0 c2 r s l, (9) l = r p = orbitalny moment p du. Posta energii oddziaªywania (9) tªumaczy nazw : oddziaªywanie (sprz»enie) spin-orbita. 7

8 2.2 Relatywistyczna mechanika kwantowa Wyniki powy»sze mo»na otrzyma z równania Diraca. Zgodnie z relatywistyczn teori kwantow elektron w pró»ni opisany jest równaniem Diraca, w którym wyst puje hamiltonian Diraca. Spinow energi Zeemana E Z (6) i energi oddziaªywania spin-orbita E SO (8) mo»na obliczy jako warto±ci oczekiwane odpowiednich wyrazów hamiltonianu Diraca. Je»eli rozwiniemy hamiltonian Diraca w szereg pot g v/c i zaniedbamy wyrazy rz du wy»szego ni» (v/c) 2, to otrzymamy hamiltonian Schrödingera-Pauli'ego o postaci H = 2 2m e0 P 2 + U(r) + H Z + H SO, (10) gdzie m e0 = masa spoczynkowa elektronu w pró»ni, P = i + ea A = potencjaª wektorowy U(r) = energia potencjalna elektronu w zewn trznym polu elektrycznym, H Z = µ B ˆσ B opisuje spinowe oddziaªywanie Zeemana, a H SO opisuje oddziaªywanie spin-orbita, zwane inaczej poprawk Thomasa. Uwaga B = A Wyraz z potencjaªem wektorowym pozwala na uwzgl dnienie wpªywu pola magnetycznego na stany orbitalne elektronu [Stany Focka-Darwina, por. Wykªad VI]. Je»eli jednak interesujemy si wyª cznie efektami spinowymi, to mo»emy zaªo»y,»e elektron znajduje si stanie podstawowym Focka-Darwina (lub wybranym ustalonym stanie Focka-Darwina), co pozwala nam zaniedba zale»no± operatora p du od potencjaªu wektorowego. A zatem w dalszej cz ±ci tego wykªadu przyjmuj,»e P = p = i. Oddziaªywanie spin-orbita Jawna posta hamiltonianu oddziaªywania spin-orbita jest nast puj ca: H SO = 1 2m e0 c 2 µ B ˆσ (F ˆp) (11) gdzie µ B = e /(2m e0 ) = magneton Bohra, ˆσ = (ˆσ x, ˆσ y, ˆσ z ) = wektor macierzy Pauli'ego, F = ϕ = zewn trzne pole elektryczne dziaªaj ce na elektron, ϕ = ϕ(r) = potencjaª skalarny, r = (x, y, z) ˆp = ˆk = i = operator p du elektronu. Hamiltonian (11) opisuje sprz»enie spinu s = ( /2)σ elektronu z p dem elektronu za po±rednictwem pola elektrycznego F. 8

9 Cz stka o spinie s = ( /2)σ posiada równie» wewn trzny spinowy dipolowy moment magnetyczny µ s = q e µ Bσ. (12) Elektron o ªadunku q = e, gdzie e > 0 jest ªadunkiem elementarnym, posiada spinowy magnetyczny moment dipolowy Wzór (11) mo»na przepisa w postaci µ s = µ B σ. (13) H SO = µ B ˆσ B SO, (14) gdzie B SO = 1 c 2 F p identykujemy z dodatkowym polem magnetycznym (3), natomiast warto± oczekiwana hamiltonianu (11) odpowiada energii (8). Energia E SO (8) jest klasycznym analogiem poprawki na oddziaªywanie spinorbita (11) w kwantowej mechanice relatywistycznej. Energie dane wzorami (6) i (8) otrzymamy jako warto±ci oczekiwane E Z = H Z E SO = H SO 2.3 Oddziaªywania spinowe w póªprzewodnikach Elektron w pasmie przewodnictwa opisywany jest w ramach przybli»enia masy efektywnej (EMA). Zgodnie z EMA dokonujemy zast pie«: m e0 = m e = pasmowa masa efektywna, g = g = efektywny czynnik Lande'go. W pró»ni g = g = 2. W póªprzewodnikach: g 2, a nawet g < 0. Np. w GaAs: g = 0.44, natomiast w póªprzewodniku magnetycznym (CdMnTe) g osi ga 500, = gigantyczny spinowy efekt Zeemana Oddziaªywanie spin-orbita w póªprzewodnikach We wzorze na energi oddziaªywania spin-orbita E SO = dokonujemy nast puj cego zast pienia: energia kreacji pary elektron-pozytron 2m e0 c 2 1 2m e0 c 2 µ s (F p) (15) 9

10 = energia kreacji pary elektron-dziura (przerwa energetyczna póªprzewodnika E g ) 2m e0 c 2 1 MeV = E g 1 ev = sprz»enie SO w póªprzewodniku byªoby 10 6 razy silniejsze ni» w pró»ni??? Dane eksperymentalne pokazuj,»e sprz»enie SO w póªprzewodnikach nie jest a» tak silne (nawet dla silnego pola elektrycznego E SO 1 10 mev). Dla póªprzewodnika w zewn trznym polu elektrycznym F sprz»enie spinorbita jest opisane hamiltonianem Rashby α = staªa sprz»enia Rashby, k = i. H SO,R = eασ (F k), (16) Dla InAs: α = 1.17 nm 2, m e = m e0. Sprz»enie Rashby wynika z ruchu elektronu w zewn trznym polu elektrycznym, wytwarzanym przez elektrody zewn trzne. Na elektron w krysztale póªprzewodnikowym dziaªa ponadto wewn trzne pole elektryczne, wytwarzane przez rdzenie atomowe. Pole to równie» prowadzi do sprz»enia SO (sprz»enie Dresselhausa). Sprz»enie Dresselhausa zale»y od struktury krystalicznej, rozmiarów nanostruktury, domieszkowania, lecz nie zale»y od zewn trznego pola elektrycznego. = Dla odpowiednio silnego pola F oddziaªywanie Rashby dominuje. W dalszym ci gu b d rozwa»aª wyª cznie oddziaªywanie Rashby. 10

11 2.4 Model nanodrutu Zakªadamy,»e elektron porusza si (prawie) swobodnie w kierunku osi nanodrutu z (osi wzrostu), natomiast jest uwi ziony w kierunkach poprzecznych (x, y). Poprzeczny potencjaª uwi zienia mo»e by przyj ty w postaci odpowiednio gª bokiej studni potencjaªu. = skwantowane poziomy energetyczne E n, wynikaj ce z kwantowania przestrzennego w kierunkach x, y W prostym modelu nanodrutu o przekroju kwadratowym potencjaª uwi zienia bocznego na posta niesko«czenie gª bokiej studni potencjaªu. Wtedy E n = 2 π 2 m e ( n ) 2, (17) W gdzie n = 1, 2,..., a W dªugo±ci boku kwadratu. Stany kwantowe o ró»nych n, czyli podpasma poprzeczne (mody poprzeczne), tworz ró»ne kanaªy przewodnictwa, aktywowane w kwantowych procesach transportu. 11

12 3 Filtr spinowy Rezonansowa dioda tunelowa (RTD) GaN/GaMnN o strukturze warstwowej (planarnej) Polaryzacja spinowa pr du j σ = g sto± pr du dla σ =,. spin polarization = j j j + j Rezonansowa dioda tunelowa (RTD) GaN/GaMnN w postaci nanodrutu Podsumowanie wyników dla ltra spinowego W celu otrzymania efektywnej polaryzacji spinowej pr du preferowane jest antyrównolegªe namagnesowanie obszarów ¹ródªa i studni kwantowej. Polaryzacja spinowa pr du mo»e osi ga P = 1 w temperaturze helowej i P = 0.75 w temperaturze pokojowej. Filtr spinowy na bazie RTD jest analogiem polaryzatora/analizatora fotonów. 12

13 13

14 D E=2 mevd E=2 mev U EN EQW z Rysunek 6: Schemat RTD w postaci nanodrutu. Kontakt lewy (emiter) i studnia kwantowa (QW) s wytworzone z póªprzewodnika ferromagnetycznego GaMnN, kontakt prawy (kolektor) GaN, bariery AlGaN. E = rozszczepienie spinowe pasma przewodnictwa GaMnN, E E Z. 0.4 (a ) p a ra lle l, T = 4.2 K (b ) a n tip a ra lle l, T = 4.2 K c u rre n t d e n s ity [1 0-3 a.u ] E = 2 m e V, s p in u p E = 2 m e V, s p in d o w n E = 5 m e V, s p in u p E = 5 m e V, s p in d o w n E = 1 0 m e V, s p in u p E = 1 0 m e V, s p in d o w n E = 1 5 m e V, s p in u p E = 1 5 m e V, s p in d o w n V b [V ] V b [V ] Rysunek 7: Charakterystyki pr dowo-napi ciowe dla T = 4.2 K. Wektory magnetyzacji ¹ródªa (emitera) i studni kwantowej (QW) s (a) równolegªe, (b) antyrównolegªe. 14

15 p o la riz a tio n (a ) p a ra lle l, T = 4.2 K (b ) a n tip a ra lle l, T = 4.2 K E = 2 m e V E = 5 m e V E = 1 0 m e V E = 1 5 m e V E = 2 0 m e V p o la riz a tio n V b [V ] V b [V ] -1.0 Rysunek 8: Polaryzacja spinowa pr du dla T = 4.2 K. Wektory magnetyzacji ¹ródªa (emitera) i studni kwantowej (QW) s (a) równolegªe, (b) antyrównolegªe. 0.0 (a ) p a ra lle l, T = K (b ) a n tip a ra lle l, T = K p o la riz a tio n E = 2 m e V E = 5 m e V E = 1 0 m e V E = 1 5 m e V E = 2 0 m e V E = 3 0 m e V E = 4 0 m e V p o la riz a tio n V b [V ] V b [V ] -1.0 Rysunek 9: Polaryzacja spinowa pr du dla T = 300 K. Wektory magnetyzacji ¹ródªa (emitera) i studni kwantowej (QW) s (a) równolegªe, (b) antyrównolegªe. 15

16 Rysunek 10: Schemat transportu spinu elektronu w nanodrucie dla równolegªych (lewy rysunek) i antyrównolegªych (prawy rysunek) wektorów magnetyzacji obszarów ¹ródªa i studni kwantowej. Napi cie emiter-kolektor ro±nie od góry do doªu. 4 Tranzystor spinowy 4.1 A. Idea tranzystora spinowego Analogia pomi dzy dziaªaniem modulatora elektro-optycznego i tranzystora spinowego. 4.2 B. Idealne warunki pracy Zaªo»enia: peªna polaryzacja spinowa elektronów w ¹ródle i drenie, temperatura T = 0, transport balistyczny (brak rozprosze«), 16

17 17

18 (a) source - gate (b) gate (c) gate - drain E E E (d) k k k x source Lg F x gate NW drain z y L t substrate Rysunek 11: Schemat tranzystora spinowego zbudowanego z nanodrutu póªprzewodnikowego z boczn bramk. przewodnictwo przez jedno podpasmo poprzeczne (jeden kanaª transportu). Obliczenia pokazaªy,»e stosunek L g /λ SO jest liniow funkcj napi cia bramki. L g λ SO = av g, (18) a = 0.65 V C. Realistyczne warunki pracy Uwzgl dniamy fakt,»e polaryzacja spinowa P elektronów w kontaktach nie jest peªna. n σ = g sto± elektronów o spinie σ =, Zaªo»enia: P = n n n + n (19) cz ±ciowa polaryzacja spinowa elektronów w kontaktach (P < 1), temperatura pokojowa, przewodnictwo przez wiele podpasm (wiele kanaªów transportu). 18

19 Rysunek 12: Wspóªczynnik transmisji dla procesów: (a) bez zmiany spinu, (b) z odwróceniem spinu, w funkcji napi cia bramki V g i energii E wstrzykiwanych elektronów. 0.4 (a ) V g = V, I to ta l = I I /I V g = V, I to ta l = I V d s (V ) Rysunek 13: Charakterystyki pr dowo-napi ciowe dla T = 0. V ds = napi cie dren-¹ródªo. 19

20 0.6 (b ) I = I to ta l I 0.4 I (I 0 ) V g (V ) Rysunek 14: Pr d I w funkcji napi cia bramki V g dla T = 0. 1 (a ) V g = V s p in d e n s ity 0 s x -1 s y s z z (n m ) Rysunek 15: Peªny obrót skªadowej z-owej spinu. 20

21 1 (b ) V g = V s x s y s z s p in d e n s ity z (n m ) Rysunek 16: Poªówkowy obrót skªadowej z-owej spinu. L g / SO spin density (a) V g =1.55 V s x -0.5 s y -1.0 s z (b) V g =2.34 V z (nm) V g =1.55 V V g =2.34 V spin density s x s y -1.0 s z z (nm) V g (V) Rysunek 17: Obliczony stosunek dªugo±ci L g bramki do dªugo±ci sprz»enia spinorbita λ SO w funkcji napi cia bramki V g. (a) Caªkowita liczba rotacji spinu, (b) poªówkowa liczba rotacji spinu. 21

22 I/I 0 30 V g = 0 V V g = -0.2 V V g = -0.4 V 20 V g = -0.6 V V g = -0.8 V V g = -1.0 V V ds (V) Rysunek 18: Charakterystyki pr dowo-napi ciowe dla P = 0.4 w temperaturze pokojowej T = 300 K. V ds = napi cie dren-¹ródªo P = 1.0 P = 0.4 I/I V g (V ) Rysunek 19: Pr d I w funkcji napi cia bramki V g dla peªnej (P = 1) i cz ±ciowej (P = 0.4) polaryzacji spinowej elektronów w kontaktach dla T = 300 K. 22

23 An InAs Nanowire Spin Transistor with Subthreshold Slope of 20mV/dec Kanji Yoh1), Z. Cui1), K. Konishi1), M.Ohno2), K.Blekker3), W.Prost3), F.-J. Tegude3), J.-C. Harmand4) 1) Research Center for Integrated Quantum Electronics, Hokkaido University, Sapporo, Japan 2) Graduate School of Engineering, Hokkaido University, Sapporo, Japan 3) Semiconductor and Information Engineering, University of Duisburg-Essen, Duisburg, Germany 4) CNRS-Laboratory of Photonic and Nanostructures, F Marcoussis, France phone: , fax: , 23

24 Rysunek 20: Charakterystyki pr dowo-napi ciowe tranzystora spinowego na bazie nanodrutu dla P = 0.4 i T = 300K. Symbole odpowiadaj wynikom eksperymentalnym Yoh et al., krzywe pokazuj wyniki oblicze«. Rysunek 21: Pr d I w funkcji napi cia bramki V g dla T = 300 K. Górny rysunek: wyniki oblicze«dla P = 1 (czerwona krzywa ci gªa) i P = 0.4 (niebieska krzywa przerywana). Dolny rysunek: wyniki eksperymentalne Yoh et al. 24

25 4.4 D. Porównanie z eksperymentem Okres oscylacji pr du w funkcji napi cia bramki: V expt g = V calc g = 60 mv. 5 Podsumowanie wyników dla tranzystora spinowego z nanodrutu Nanodrut z boczn bramk, wytworzony z póªprzewodnika z odpowiednio silnym sprz»eniem spin-orbita, np. InAs, mo»e dziaªa jak tranzystor spinowy. W nanodrucie póªprzewodnikowym z boczn bramk mo»emy sterowa sprz»eniem spin-orbita zmieniaj c napi cie bramki. = Zmiana spinu elektronu bez zewn trznego pola magnetycznego = All-electric operation Oscylacje pr du w funkcji napi cia bramki. = Pr d pªyn cy przez nanodrut mo»e by wª czany/wyª czany za pomoc odpowiednio dostrojonego napi cia bramki (niezale»nie dla ka»dej polaryzacji spinowej). Efektywno± pracy tranzystora spinowego silnie zale»y od polaryzacji spinowej elektronów w ¹ródle i drenie. Przewidujemy,»e najbardziej obiecuj ca konstrukcja tranzystora spinowego b dzie si opieraªa na nanodrucie GAA (Gate-All-Around nanowire). 25

26 Rysunek 22: (a, b) Relacje dyspersji E(k). (c) Schemat separatora spinów w nanostrukturze Y z kwantowym kontaktem punktowym (QPC). 6 Separator spinów Model teoretyczny H = H 0 + H Z + U QP C (20) H 0 = hamiltonian pojedynczego elektronu w nanodrucie w zewn trznym polu magnetycznym H Z = hamiltonian oddziaªywania Zeemana spinu elektronu z zewn trznym polem magnetycznym U QP C = energia potencjalna elektronu w QPC U QP C = 1 2 m eω 2 y 2 exp [ (x x 0) 2 ] 2d 2 (21) 26

27 Rysunek 23: Transport spinu przez stany powierzchniowe. ω = energia uwi zienia (w kierunku y) x 0 = poªo»enie ±rodka QPC d = rozmiar QPC (w kierunku x) 7 Podsumowanie wyników dla separatora spinów nanostruktura (nanodrut) Y z QPC w zewn trznym polu magnetycznym mo»e pracowa jako efektywny separator pr dów spinowych separacja spinów wynika z poª czonego dziaªania: kwantowego kontaktu punktowego (QPC) spinowego efektu Zeemana transportu pr du przez stany powierzchniowe w wyniku pr d niespolaryzowany jest rozdzielany na dwa pr dy spinowe (w re»imie balistycznym bez strat pr du) dziaªanie przyrz du jest sterowane parametrem ω, który mo»emy kontrolowa za pomoc napi cia przyªo»onego do QPC separator spinów mo»e równie» pracowa w re»imie niebalistycznym (rozpraszanie nieznacznie zaburza proces separacji pr dów spinowych) 27

28 Rysunek 24: (a, b) Przewodnictwo spinowe G i polaryzacja spinowa P = G G dla pola magnetycznego B = 1 T, 3 T w funkcji energii uwi zienia ω w QPC. Rysunek 25: Polaryzacja spinowa P dla B = 1 T w funkcji rozmiaru d QPC i energii uwi zienia ω w QPC. 28

29 Rysunek 26: Polaryzacja spinowa P d dla ró»nych k tów pomi dzy ramionami Y w funkcji energii uwi zienia ω. Rysunek 27: Optymalizacja parametru ω w celu otrzymania peªnej separacji spinów (rysunek ±rodkowy). B = 3 T. 29

30 Rysunek 28: Wpªyw rozpraszania (niezale»nego od spinu) na efekt separacji pr dów spinowych dla l L, gdzie l = dªugo± rozpraszania, L = dªugo± nanodrutu. Rysunek 29: Wpªyw rozpraszania (niezale»nego od spinu) na efekt separacji pr dów spinowych dla l < L. 30

31 8 Realizacja tranzystorów spinowych w heterostrukturach planarnych W laboratoriach zrealizowano dot d prototypy tranzystorów spinowych, oparte na urz dzeniach o geometrii planarnej. (1) Tranzystor spinowy w quasi-dwuwymiarowej heterostrukturze na bazie InAs (2) Tranzystor spinowy w magnetycznej heterostrukturze MQW (Multiple-Quantum Well) (3) Tranzystor spinowy oparty na spinowym efekcie Halla 31

32 32

33 33

34 9 Podsumowanie Gªówne zadania spintroniki budowa wydajnych ltrów spinowych, konstrukcja tranzystora spinowego, pracuj cego efektywnie dla ka»dej polaryzacji spinowej, kontrolowane i powtarzalne operacje logiczne na stanach spinowych. 34

Nanostruktury, spintronika, komputer kwantowy

Nanostruktury, spintronika, komputer kwantowy Nanostruktury, spintronika, komputer kwantowy Wykªad dla uczniów Gimnazjum Nr 2 w Krakowie I. Nanostruktury Skala mikrometrowa 1µm (mikrometr) = 1 milionowa cz ± metra = 10 6 m obiekty mikrometrowe, np.

Bardziej szczegółowo

Spintronika fotonika: analogie

Spintronika fotonika: analogie : analogie Paweł Wójcik, Maciej Wołoszyn, Bartłomiej Spisak W oparciu o wykład wygłoszony podczas konferencji 2nd World Congress of Smart Materials, Singapur, March 2-6, 2016 Wprowadzenie dla niespecjalistów

Bardziej szczegółowo

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym Jan Królikowski Fizyka IVBC 1 II.4.1 Ogólne własności wektora kwantowego momentu pędu Podane poniżej własności kwantowych wektorów

Bardziej szczegółowo

Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych.

Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych. VII. SPIN 1 Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych. 1 Wstęp Spin jest wielkością fizyczną charakteryzującą cząstki

Bardziej szczegółowo

1 Trochoidalny selektor elektronów

1 Trochoidalny selektor elektronów 1 Trochoidalny selektor elektronów W trochoidalnym selektorze elektronów TEM (Trochoidal Electron Monochromator) stosuje si skrzy»owane i jednorodne pola: elektryczne i magnetyczne. Jako pierwsi taki ukªad

Bardziej szczegółowo

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków). Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków). 1925r. postulat Pauliego: Na jednej orbicie może znajdować się nie więcej

Bardziej szczegółowo

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym 1. Kwantowanie przestrzenne momentów magnetycznych i rezonans spinowy 2. Efekt Zeemana (normalny i anomalny) oraz zjawisko Paschena-Backa 3. Efekt Starka

Bardziej szczegółowo

1 Elektrostatyka. 1.1 Wst p teoretyczny

1 Elektrostatyka. 1.1 Wst p teoretyczny Elektrostatyka. Wst p teoretyczny Dwa ªadunki elektryczne q i q 2 wytwarzaj pole elektryczne i za po±rednictwem tego pola odziaªuj na siebie wzajemnie z pewn siª. Je»eli pole elektryczne wytworzone jest

Bardziej szczegółowo

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym 1. Kwantowanie przestrzenne w zewnętrznym polu magnetycznym. Model wektorowy raz jeszcze 2. Zjawisko Zeemana Normalne zjawisko Zeemana i jego wyjaśnienie w modelu

Bardziej szczegółowo

Teoria pasmowa ciał stałych

Teoria pasmowa ciał stałych Teoria pasmowa ciał stałych Poziomy elektronowe atomów w cząsteczkach ulegają rozszczepieniu. W kryształach zjawisko to prowadzi do wytworzenia się pasm. Klasyfikacja ciał stałych na podstawie struktury

Bardziej szczegółowo

Atomy mają moment pędu

Atomy mają moment pędu Atomy mają moment pędu Model na rysunku jest modelem tylko klasycznym i jak wiemy z mechaniki kwantowej, nie odpowiada dokładnie rzeczywistości Jednakże w mechanice kwantowej elektron nadal ma orbitalny

Bardziej szczegółowo

Wpływ oddziaływania spin-orbita oraz efektów orbitalnych na własności niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych i nadprzewodzących

Wpływ oddziaływania spin-orbita oraz efektów orbitalnych na własności niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych i nadprzewodzących Wpływ oddziaływania spin-orbita oraz efektów orbitalnych na własności niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych i nadprzewodzących Paweł Wójcik Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademia Górniczo

Bardziej szczegółowo

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 półprzewodniki

Bardziej szczegółowo

wstrzykiwanie "dodatkowych" nośników w przyłożonym polu elektrycznym => wzrost gęstości nośników (n)

wstrzykiwanie dodatkowych nośników w przyłożonym polu elektrycznym => wzrost gęstości nośników (n) UKŁADY STUDNI KWANTOWYCH I BARIER W POLU LEKTRYCZNYM transport podłużny efekt podpasm energia kinetyczna ruchu do złącz ~ h 2 k 2 /2m, na dnie podpasma k =0 => v =0 wstrzykiwanie "dodatkowych" nośników

Bardziej szczegółowo

XI. REALIZACJA FIZYCZNA OBLICZEŃ KWANTOWYCH Janusz Adamowski

XI. REALIZACJA FIZYCZNA OBLICZEŃ KWANTOWYCH Janusz Adamowski XI. REALIZACJA FIZYCZNA OBLICZEŃ KWANTOWYCH Janusz Adamowski 1 Rysunek 1: Elektrody (bramki) definiujące elektrostatyczną boczną kropkę kwantową. Fotografia otrzymana przy użyciu elektronowego mikroskopu

Bardziej szczegółowo

Kwantowa teoria wzgl dno±ci

Kwantowa teoria wzgl dno±ci Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego Festiwal Nauki, 16 wrze±nia 2006 Plan wykªadu Grawitacja i geometria 1 Grawitacja i geometria 2 3 Grawitacja Grawitacja i geometria wedªug Newtona:

Bardziej szczegółowo

Elementy geometrii w przestrzeni R 3

Elementy geometrii w przestrzeni R 3 Elementy geometrii w przestrzeni R 3 Z.Šagodowski Politechnika Lubelska 29 maja 2016 Podstawowe denicje Wektorem nazywamy uporz dkowan par punktów (A,B) z których pierwszy nazywa si pocz tkiem a drugi

Bardziej szczegółowo

Wykład Budowa atomu 3

Wykład Budowa atomu 3 Wykład 14. 12.2016 Budowa atomu 3 Model atomu według mechaniki kwantowej Równanie Schrödingera dla atomu wodoru i jego rozwiązania Liczby kwantowe n, l, m l : - Kwantowanie energii i liczba kwantowa n

Bardziej szczegółowo

Operacje na spinie pojedynczego elektronu w zastosowaniu do budowy bramek logicznych komputera kwantowego

Operacje na spinie pojedynczego elektronu w zastosowaniu do budowy bramek logicznych komputera kwantowego Stanisław Bednarek Zespół Teorii Nanostruktur i Nanourządzeń Katedra Informatyki Stosowanej i Fizyki Komputerowej WFiIS AGH Operacje na spinie pojedynczego elektronu w zastosowaniu do budowy bramek logicznych

Bardziej szczegółowo

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach 1 f FD ( E) = E E F exp + 1 kbt Styczna do krzywej w punkcie f FD (E F )=0,5 przecina oś energii i prostą f FD (E)=1 w punktach odległych o k B

Bardziej szczegółowo

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH PODSTAWY TEORII PASMOWEJ Struktura pasm energetycznych Teoria wa Struktura wa stałych Półprzewodniki i ich rodzaje Półprzewodniki domieszkowane Rozkład Fermiego - Diraca Złącze p-n (dioda) Politechnika

Bardziej szczegółowo

XII. NANOSTRUKTURY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

XII. NANOSTRUKTURY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski XII. NANOSTRUKTURY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski 1 1 Wstęp Na wykładzie tym zostaną omówione dwa typy nanostruktur półprzewodnikowych: (1) kropki kwantowe, (2) druty kwantowe (nanodruty). 2 Wprowadzenie

Bardziej szczegółowo

Elektrostatyka. Prawo Coulomba. F = k qq r r 2 r, wspóªczynnik k = 1 = N m2

Elektrostatyka. Prawo Coulomba. F = k qq r r 2 r, wspóªczynnik k = 1 = N m2 Elektrostatyka Prawo Coulomba F = k qq r r 2 r, wspóªczynnik k = 1 N m2 4πε = 9 109 C 2 gdzie: F - siªa z jak ªadunek Q dziaªa na q, r wektor poªo»enia od ªadunku Q do q, r = r, Przenikalno± elektryczna

Bardziej szczegółowo

V. KWANTOWE BRAMKI LOGICZNE Janusz Adamowski

V. KWANTOWE BRAMKI LOGICZNE Janusz Adamowski V. KWANTOWE BRAMKI LOGICZNE Janusz Adamowski 1 1 Wprowadzenie Wykład ten poświęcony jest dokładniejszemu omówieniu własności kwantowych bramek logicznych (kwantowych operacji logicznych). Podstawowymi

Bardziej szczegółowo

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc PRAWA ZACHOWANIA Podstawowe terminy Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc a) si wewn trznych - si dzia aj cych na dane cia o ze strony innych

Bardziej szczegółowo

Podstawy informatyki kwantowej

Podstawy informatyki kwantowej Wykład 6 27 kwietnia 2016 Podstawy informatyki kwantowej dr hab. Łukasz Cywiński lcyw@ifpan.edu.pl http://info.ifpan.edu.pl/~lcyw/ Wykłady: 6, 13, 20, 27 kwietnia oraz 4 maja (na ostatnim wykładzie będzie

Bardziej szczegółowo

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe

Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe Wykład 4 29 kwietnia 2015 Informatyka kwantowa i jej fizyczne podstawy Rezonans spinowy, bramki dwu-kubitowe Łukasz Cywiński lcyw@ifpan.edu.pl http://info.ifpan.edu.pl/~lcyw/ Dobra lektura: Michel Le Bellac

Bardziej szczegółowo

Wektory w przestrzeni

Wektory w przestrzeni Wektory w przestrzeni Informacje pomocnicze Denicja 1. Wektorem nazywamy uporz dkowan par punktów. Pierwszy z tych punktów nazywamy pocz tkiem wektora albo punktem zaczepienia wektora, a drugi - ko«cem

Bardziej szczegółowo

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Zastosowanie eliptycznych równa«ró»niczkowych

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Zastosowanie eliptycznych równa«ró»niczkowych Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1 Rozdziaª 9 RÓWNANIA ELIPTYCZNE 9.1 Zastosowanie eliptycznych równa«ró»niczkowych cz stkowych 9.1.1 Problemy z warunkami brzegowymi W przestrzeni dwuwymiarowej

Bardziej szczegółowo

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm.  Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Wykład FIZYKA II 5. Magnetyzm Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka2.html MAGNESY Pierwszymi poznanym magnesem był magnetyt

Bardziej szczegółowo

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki c Adam Bechler 2006 Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego Rezonansowe oddziaływanie układu atomowego z promieniowaniem "! "!! # $%&'()*+,-./-(01+'2'34'*5%.25%&+)*-(6

Bardziej szczegółowo

25 Atom helu i atomy wieloelektronowe

25 Atom helu i atomy wieloelektronowe 5 Atom helu i atomy wieloelektronowe Równanie Schrödingera dla atomów wieloelektronowych przyjmuje posta : N ] [ m Z i Ze e + r j r ij Ψ ( r,..., r Z ) = E Ψ ( r,..., r Z ). (5.) i= i,j= i

Bardziej szczegółowo

Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Mody sprzężone w półprzewodnikach polarnych + E E pl η = st α = E E pl ξ = p B.B. Varga,, Phys. Rev. 137,, A1896 (1965) A. Mooradian and B. Wright,

Bardziej szczegółowo

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Klasyczny przykład pośredniego oddziaływania pola magnetycznego na wzbudzenia fononowe Schemat: pole magnetyczne (siła Lorentza) nośniki (oddziaływanie

Bardziej szczegółowo

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera Fizyka atomowa Atom wodoru w mechanice kwantowej Moment pędu Funkcje falowe atomu wodoru Spin Liczby kwantowe Poprawki do równania Schrödingera: struktura subtelna i nadsubtelna; przesunięcie Lamba Zakaz

Bardziej szczegółowo

Stara i nowa teoria kwantowa

Stara i nowa teoria kwantowa Stara i nowa teoria kwantowa Braki teorii Bohra: - podane jedynie położenia linii, brak natężeń -nie tłumaczy ilości elektronów na poszczególnych orbitach - model działa gorzej dla atomów z więcej niż

Bardziej szczegółowo

Rozwi zanie równania ró»niczkowego metod operatorow (zastosowanie transformaty Laplace'a).

Rozwi zanie równania ró»niczkowego metod operatorow (zastosowanie transformaty Laplace'a). Rozwi zania zada«z egzaminu podstawowego z Analizy matematycznej 2.3A (24/5). Rozwi zanie równania ró»niczkowego metod operatorow (zastosowanie transformaty Laplace'a). Zadanie P/4. Metod operatorow rozwi

Bardziej szczegółowo

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH Skolektywizowane elektrony w metalu Weźmy pod uwagę pewną ilość atomów jakiegoś metalu, np. sodu. Pojedynczy atom sodu zawiera 11 elektronów o konfiguracji 1s 2 2s 2 2p 6 3s

Bardziej szczegółowo

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych Mody sprzęŝone w półprzewodnikach polarnych + E E pl η = st α = E E pl ξ = p B.B. Varga, Phys. Rev. 137,, A1896 (1965) A. Mooradian and B. Wright,

Bardziej szczegółowo

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników Model atomu Bohra Niels Bohr - 1915 elektrony krążą wokół jądra jądro jest zbudowane z: i) dodatnich protonów ii) neutralnych neutronów Liczba atomowa

Bardziej szczegółowo

Rysunek 1: Atom wodoru.

Rysunek 1: Atom wodoru. VIII. ATOMY 1 1 Atom wodoru Atom wodoru skªada si z dodatnio naªadowanego j dra i ujemnie naªadowanego elektronu. J drem w izotopie wodoru 1 1H jest proton. Masa spoczynkowa protonu jest 1836 razy wi ksza

Bardziej szczegółowo

Funkcje, wielomiany. Informacje pomocnicze

Funkcje, wielomiany. Informacje pomocnicze Funkcje, wielomiany Informacje pomocnicze Przydatne wzory: (a + b) 2 = a 2 + 2ab + b 2 (a b) 2 = a 2 2ab + b 2 (a + b) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3 (a b) 3 = a 3 3a 2 b + 3ab 2 b 3 a 2 b 2 = (a + b)(a

Bardziej szczegółowo

Ekscyton w morzu dziur

Ekscyton w morzu dziur Ekscyton w morzu dziur P. Kossacki, P. Płochocka, W. Maślana, A. Golnik, C. Radzewicz and J.A. Gaj Institute of Experimental Physics, Warsaw University S. Tatarenko, J. Cibert Laboratoire de Spectrométrie

Bardziej szczegółowo

Zadania z z matematyki dla studentów gospodarki przestrzennej UŠ. Marek Majewski Aktualizacja: 31 pa¹dziernika 2006

Zadania z z matematyki dla studentów gospodarki przestrzennej UŠ. Marek Majewski Aktualizacja: 31 pa¹dziernika 2006 Zadania z z matematyki dla studentów gospodarki przestrzennej UŠ Marek Majewski Aktualizacja: 1 pa¹dziernika 006 Spis tre±ci 1 Macierze dziaªania na macierzach. Wyznaczniki 1 Macierz odwrotna. Rz d macierzy

Bardziej szczegółowo

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych Wykład VI Teoria pasmowa ciał stałych Energia elektronu (ev) Powstawanie pasm w krysztale sodu pasmo walencyjne (zapełnione częściowo) Konfiguracja w izolowanym atomie Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Ne Położenie

Bardziej szczegółowo

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski 1 1 Dioda na złączu p n Zgodnie z wynikami, otrzymanymi na poprzednim wykładzie, natężenie prądu I przepływającego przez złącze p n opisane jest wzorem Shockleya

Bardziej szczegółowo

Wykªad 10. Spis tre±ci. 1 Niesko«czona studnia potencjaªu. Fizyka 2 (Informatyka - EEIiA 2006/07) c Mariusz Krasi«ski 2007

Wykªad 10. Spis tre±ci. 1 Niesko«czona studnia potencjaªu. Fizyka 2 (Informatyka - EEIiA 2006/07) c Mariusz Krasi«ski 2007 Wykªad 10 Fizyka 2 (Informatyka - EEIiA 2006/07) 08 05 2007 c Mariusz Krasi«ski 2007 Spis tre±ci 1 Niesko«czona studnia potencjaªu 1 2 Laser 3 2.1 Emisja spontaniczna...........................................

Bardziej szczegółowo

Spis tre±ci. 1 Gradient. 1.1 Pochodna pola skalarnego. Plan

Spis tre±ci. 1 Gradient. 1.1 Pochodna pola skalarnego. Plan Plan Spis tre±ci 1 Gradient 1 1.1 Pochodna pola skalarnego...................... 1 1.2 Gradient................................ 3 1.3 Operator Hamiltona......................... 4 2 Ró»niczkowanie pola

Bardziej szczegółowo

Fizyka Laserów wykład 10. Czesław Radzewicz

Fizyka Laserów wykład 10. Czesław Radzewicz Fizyka Laserów wykład 10 Czesław Radzewicz Struktura energetyczna półprzewodników Regularna budowa kryształu okresowy potencjał Funkcja falowa elektronu. konsekwencje: E ψ r pasmo przewodnictwa = u r e

Bardziej szczegółowo

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka Pasmowa teoria przewodnictwa elektrycznego Anna Pietnoczka Wpływ rodzaju wiązań na przewodność próbki: Wiązanie jonowe - izolatory Wiązanie metaliczne - przewodniki Wiązanie kowalencyjne - półprzewodniki

Bardziej szczegółowo

Ekstremalnie fajne równania

Ekstremalnie fajne równania Ekstremalnie fajne równania ELEMENTY RACHUNKU WARIACYJNEGO Zaczniemy od ogólnych uwag nt. rachunku wariacyjnego, który jest bardzo przydatnym narz dziem mog cym posªu»y do rozwi zywania wielu problemów

Bardziej szczegółowo

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki Wiązanie kowalencyjne molekuła H 2 Tworzenie wiązania kowalencyjnego w molekule H 2 : elektron w jednym atomie przyciągany jest przez jądro drugiego. Wiązanie

Bardziej szczegółowo

Analizy populacyjne, ªadunki atomowe

Analizy populacyjne, ªadunki atomowe Dodatek do w. # 3 i # 4 Šadunki atomowe, analizy populacyjne Q A = Z A N A Q A efektywny ªadunek atomu A, Z A N A liczba porz dkowa dla atomu A (czyli ªadunek j dra) efektywna liczba elektronów przypisana

Bardziej szczegółowo

II.5 Sprzężenie spin-orbita - oddziaływanie orbitalnych i spinowych momentów magnetycznych

II.5 Sprzężenie spin-orbita - oddziaływanie orbitalnych i spinowych momentów magnetycznych r. akad. 004/005 II.5 Sprzężenie spin-orbita - oddziaływanie orbitalnych i spinowych momentów magnetycznych Sprzężenie spin - orbita jest drugim, po efektach relatywistycznych, źródłem rozszczepienia subtelnego

Bardziej szczegółowo

Symulacje komputerowe transportu kwantowego w warstwowych nanostrukturach póªprzewodnikowych

Symulacje komputerowe transportu kwantowego w warstwowych nanostrukturach póªprzewodnikowych Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisªawa Staszica w Krakowie Wydziaª Fizyki i Informatyki Stosowanej Symulacje komputerowe transportu kwantowego w warstwowych nanostrukturach póªprzewodnikowych Paweª

Bardziej szczegółowo

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm Wykład FIZYKA II 5. Magnetyzm Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka2.html ELEKTRYCZNOŚĆ I MAGNETYZM q q magnetyczny???

Bardziej szczegółowo

Modele kp wprowadzenie

Modele kp wprowadzenie Modele kp wprowadzenie Komórka elementarna i komórka sieci odwrotnej Funkcje falowe elektronu w krysztale Struktura pasmowa Przybliżenie masy efektywnej Naprężenia: potencjał deformacyjny, prawo Hooka

Bardziej szczegółowo

Cia!a sta!e. W!asno"ci elektryczne cia! sta!ych. Inne w!asno"ci

Cia!a sta!e. W!asnoci elektryczne cia! sta!ych. Inne w!asnoci Cia!a sta!e Podstawowe w!asno"ci cia! sta!ych Struktura cia! sta!ych Przewodnictwo elektryczne teoria Drudego Poziomy energetyczne w krysztale: struktura pasmowa Metale: poziom Fermiego, potencja! kontaktowy

Bardziej szczegółowo

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych Wykład III Teoria pasmowa ciał stałych Energia elektronu (ev) Powstawanie pasm w krysztale sodu pasmo walencyjne (zapełnione częściowo) Konfiguracja w izolowanym atomie Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Ne Położenie

Bardziej szczegółowo

(wynika z II ZD), (wynika z PPC), Zapisujemy to wszystko w jednym równaniu i przeksztaªcamy: = GM

(wynika z II ZD), (wynika z PPC), Zapisujemy to wszystko w jednym równaniu i przeksztaªcamy: = GM ODPOWIEDZI, EDUKARIS - kwiecie«2014, opracowaª Mariusz Mroczek 1 Zadanie 1.1 (2 pkt) Zmiana kierunku wektora pr dko±ci odbywa si, zgodnie z II ZD, w kierunku dziaªania siªy. Innymi sªowami: przyrosty pr

Bardziej szczegółowo

Spis tre±ci. Plan. 1 Pochodna cz stkowa. 1.1 Denicja Przykªady Wªasno±ci Pochodne wy»szych rz dów... 3

Spis tre±ci. Plan. 1 Pochodna cz stkowa. 1.1 Denicja Przykªady Wªasno±ci Pochodne wy»szych rz dów... 3 Plan Spis tre±ci 1 Pochodna cz stkowa 1 1.1 Denicja................................ 2 1.2 Przykªady............................... 2 1.3 Wªasno±ci............................... 2 1.4 Pochodne wy»szych

Bardziej szczegółowo

Nadprzewodnictwo w nanostrukturach metalicznych Paweł Wójcik Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH

Nadprzewodnictwo w nanostrukturach metalicznych Paweł Wójcik Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH Nadprzewodnictwo w nanostrukturach metalicznych Paweł Wójcik Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH Współpraca: Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii dr Michał Zegrodnik, prof. Józef Spałek

Bardziej szczegółowo

Własności transportowe niejednorodnych nanodrutów półprzewodnikowych

Własności transportowe niejednorodnych nanodrutów półprzewodnikowych Własności transportowe niejednorodnych nanodrutów półprzewodnikowych Maciej Wołoszyn współpraca: Janusz Adamowski Bartłomiej Spisak Paweł Wójcik Seminarium WFiIS AGH 13 stycznia 2017 Streszczenie nanodruty

Bardziej szczegółowo

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan Spis zagadnień Fizyczne podstawy zjawiska NMR Parametry widma NMR Procesy relaksacji jądrowej Metody obrazowania Fizyczne podstawy NMR Proton, neutron,

Bardziej szczegółowo

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz Ciała stałe Podstawowe własności ciał stałych Struktura ciał stałych Przewodnictwo elektryczne teoria Drudego Poziomy energetyczne w krysztale: struktura pasmowa Metale: poziom Fermiego, potencjał kontaktowy

Bardziej szczegółowo

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, 12-19 lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, 12-19 lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA Celem tego zadania jest podanie prostej teorii, która tłumaczy tak zwane chłodzenie laserowe i zjawisko melasy optycznej. Chodzi tu o chłodzenia

Bardziej szczegółowo

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru Efekt Zeemana Atom wodoru wg mechaniki kwantowej ms = magnetyczna liczba spinowa ms = -1/2, do pełnego opisu stanu elektronu potrzebna jest ta liczba własność

Bardziej szczegółowo

Rozszczepienie poziomów atomowych

Rozszczepienie poziomów atomowych Rozszczepienie poziomów atomowych Poziomy energetyczne w pojedynczym atomie Gdy zbliżamy atomy chmury elektronowe nachodzą na siebie (inaczej: funkcje falowe elektronów zaczynają się przekrywać) Na skutek

Bardziej szczegółowo

Kalendarz Maturzysty 2010/11 Fizyka

Kalendarz Maturzysty 2010/11 Fizyka Kalendarz Maturzysty 2010/11 Fizyka Kalendarz Maturzysty 2010/11 Fizyka Patryk Kamiński Drogi Maturzysto, Oddajemy Ci do rąk profesjonalny Kalendarz Maturzysty z fizyki stworzony przez naszego eksperta.

Bardziej szczegółowo

EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ Studia Podyplomowe EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ w ramach projektu Śląsko-Małopolskie Centrum Kompetencji Zarządzania Energią Definicje wielkości elektrycznych mierzonych przy przesyłaniu

Bardziej szczegółowo

Absorpcja związana z defektami kryształu

Absorpcja związana z defektami kryształu W rzeczywistych materiałach sieć krystaliczna nie jest idealna występują różnego rodzaju defekty. Podział najważniejszych defektów ze względu na właściwości optyczne: - inny atom w węźle sieci: C A atom

Bardziej szczegółowo

Rola oddziaływania spin-orbita w niskowymiarowych strukturach półprzewodnikowych. Paweł Wójcik

Rola oddziaływania spin-orbita w niskowymiarowych strukturach półprzewodnikowych. Paweł Wójcik Rola oddziaływania spin-orbita w niskowymiarowych strukturach półprzewodnikowych Paweł Wójcik Współpraca: J. Adamowski, B.J. Spisak, M. Wołoszyn Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH M. Nowak, Akademickie

Bardziej szczegółowo

Modele kp Studnia kwantowa

Modele kp Studnia kwantowa Modele kp Studnia kwantowa Przegląd modeli pozwalających obliczyć strukturę pasmową materiałów półprzewodnikowych. Metoda Fal płaskich Transformata Fouriera Przykładowe wyniki Model Kaine Hamiltonian z

Bardziej szczegółowo

Wykład Budowa atomu 2

Wykład Budowa atomu 2 Wykład 7.12.2016 Budowa atomu 2 O atomach cd Model Bohra podsumowanie Serie widmowe O czym nie mówi model Bohra Wzbudzenie, emisja, absorpcja O liniach widmowych Kwantowomechaniczny model atomu sformułowanie

Bardziej szczegółowo

Spektroskopia magnetyczna

Spektroskopia magnetyczna Spektroskopia magnetyczna Literatura Zbigniew Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN W- wa 1992 lub nowsze wydanie Przypomnienie 1) Mechanika ruchu obrotowego - moment bezwładności, moment pędu,

Bardziej szczegółowo

Szum w urzadzeniu półprzewodnikowym przeszkoda czy szansa?

Szum w urzadzeniu półprzewodnikowym przeszkoda czy szansa? Szum w urzadzeniu półprzewodnikowym przeszkoda czy szansa? szczegółowe zastosowania kwantowego szumu śrutowego J. Tworzydło Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytet Warszawski Sympozjum Instytutu Fizyki

Bardziej szczegółowo

Wprowadzenie do ekscytonów

Wprowadzenie do ekscytonów Proces absorpcji można traktować jako tworzenie się, pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego, pary elektron-dziura, które mogą być opisane w przybliżeniu jednoelektronowym. Dokładniejszym podejściem

Bardziej szczegółowo

Widmo sodu, serie. p główna s- ostra d rozmyta f -podstawowa

Widmo sodu, serie. p główna s- ostra d rozmyta f -podstawowa Widmo sodu, serie p główna s- ostra d rozmyta f -podstawowa Przejścia dozwolone w Na Reguły wyboru: l =± 1 Diagram Grotriana dla sodu, z lewej strony poziomy energetyczne wodoru; należy zwrócić uwagę,

Bardziej szczegółowo

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11 Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści Przedmowa 11 Wstęp: Czym jest elektrodynamika i jakie jest jej miejsce w fizyce? 13 1. Analiza wektorowa 19

Bardziej szczegółowo

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki Spis treści Przedmowa... 11 Wstęp: Czym jest elektrodynamika i jakie jest jej miejsce w fizyce?... 13 1. Analiza wektorowa... 19 1.1. Algebra

Bardziej szczegółowo

LXIV OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

LXIV OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA Za zadanie D mo»na otrzyma maksymalnie 40 punktów. Zadanie D. Maj c do dyspozycji: LXIV OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA CZ DO WIADCZALNA generator napi cia o przebiegu sinusoidalnym o ustalonej amplitudzie

Bardziej szczegółowo

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj Repeta z wykładu nr 3 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:

Bardziej szczegółowo

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki c Adam Bechler 2006 Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego Równania optyki półklasycznej Posłużymy się teraz równaniem (2.4), i Ψ t = ĤΨ ażeby wyprowadzić

Bardziej szczegółowo

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

Siła magnetyczna działająca na przewodnik Siła magnetyczna działająca na przewodnik F 2 B b F 1 F 3 a F 4 I siła Lorentza: F B q v B IL B F B ILBsin a moment sił działający na ramkę: M' IabBsin a B F 2 b a S M moment sił działający cewkę o N zwojach

Bardziej szczegółowo

Geometria. Šukasz Dawidowski. 25 kwietnia 2016r. Powtórki maturalne

Geometria. Šukasz Dawidowski. 25 kwietnia 2016r. Powtórki maturalne Geometria Šukasz Dawidowski Powtórki maturalne 25 kwietnia 2016r. Dane s równania postych, w których zawarte s boki trójk ta ABC : 3x 4y + 36 = 0 x y = 0 4x + 3y + 23 = 0 1. Obliczy wspóªrz dne wierzchoªków

Bardziej szczegółowo

II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU. Janusz Adamowski

II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU. Janusz Adamowski II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU Janusz Adamowski 1 1 Przestrzeń Hilberta Do opisu stanów kwantowych używamy przestrzeni Hilberta. Przestrzenią Hilberta H nazywamy przestrzeń wektorową

Bardziej szczegółowo

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny Wykład 21. 12.2016 Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny Jeszcze o atomach Przypomnienie: liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru, zakaz Pauliego, powłoki, podpowłoki, orbitale, Atomy wieloelektronowe

Bardziej szczegółowo

24 Spin i efekty relatywistyczne

24 Spin i efekty relatywistyczne 4 Spin i efekty relatywistyczne 4. Doświadczenie Sterna Gerlacha Zauważmy, że klasycznie na moment magnetyczny µ w stałym polu magnetycznym B działa moment siły N = µ B. (4.) Efektem tego oddziaływania

Bardziej szczegółowo

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej Część I: Optyka, wykład 4 wykład: Piotr Fita pokazy: Andrzej Wysmołek ćwiczenia: Anna Grochola, Barbara Piętka Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski 2013/14

Bardziej szczegółowo

Fizyka dla Informatyków Wykªad 10 Elektrodynamika

Fizyka dla Informatyków Wykªad 10 Elektrodynamika Fizyka dla Informatyków Wykªad 10 Elektrodynamika Katedra Informatyki Stosowanej PJWSTK 2009 Dzisiaj b dziemy opowiada o elektryczno±ci. I o tym, i co z tego wynika! Rys. 1: Model atomu wodoru Spis tre±ci

Bardziej szczegółowo

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja Rekapitulacja Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje: czwartek

Bardziej szczegółowo

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych Współczynnik absorpcji w układzie dwuwymiarowym można opisać wyrażeniem: E E gdzie i oraz f są energiami stanu początkowego i końcowego elektronu, zapełnienie tych stanów opisane jest funkcją rozkładu

Bardziej szczegółowo

Numeryczne rozwiązanie równania Schrodingera

Numeryczne rozwiązanie równania Schrodingera Numeryczne rozwiązanie równania Schrodingera Równanie ruchu dla cząstki o masie m (elektron- cząstka elementarna o masie ~9.1 10-31 kg) Mechanika klasyczna - mechanika kwantowa 1. Druga zasada dynamiki

Bardziej szczegółowo

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj Repeta z wykładu nr 4 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:

Bardziej szczegółowo

FMZ10 K - Liniowy efekt elektrooptyczny

FMZ10 K - Liniowy efekt elektrooptyczny FMZ10 K - Liniowy efekt elektrooptyczny Materiaªy przeznaczone dla studentów kierunku: Zaawansowane Materiaªy i Nanotechnologia w Instytucie Fizyki UJ rok akademicki 009/010 prowadz cy: dr hab. Krzysztof

Bardziej szczegółowo

S r Spin wewnętrzny moment pędu (kręt) cząstki kwantowej. m s magnetyczna spinowa liczba kwantowa. Spin to kręt wewnętrzny (kwantowy)

S r Spin wewnętrzny moment pędu (kręt) cząstki kwantowej. m s magnetyczna spinowa liczba kwantowa. Spin to kręt wewnętrzny (kwantowy) 3.7. Spin wewnętrzny moment pędu (kręt) cząstki kwantowej Wynika z praw relatywistycznej mechaniki kwantowej z równania Diraca. Reguły kwantowania: S = h s ( s +1) s spinowa liczba kwantowa, r S z = m

Bardziej szczegółowo

Stany skupienia materii

Stany skupienia materii Stany skupienia materii Ciała stałe - ustalony kształt i objętość - uporządkowanie dalekiego zasięgu - oddziaływania harmoniczne Ciecze -słabo ściśliwe - uporządkowanie bliskiego zasięgu -tworzą powierzchnię

Bardziej szczegółowo

Przetwarzanie sygnaªów

Przetwarzanie sygnaªów Przetwarzanie sygnaªów Wykªad 8 - Wst p do obrazów 2D Marcin Wo¹niak, Dawid Poªap Przetwarzanie sygnaªów Pa¹dziernik, 2018 1 / 27 Plan wykªadu 1 Informacje wstepne 2 Przetwarzanie obrazu 3 Wizja komputerowa

Bardziej szczegółowo

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski Fizyka 2 wykład 14 Janusz Andrzejewski Atom wodoru Wczesne modele atomu -W czasach Newtona atom uważany była za małą twardą kulkę co dość dobrze sprawdzało się w rozważaniach dotyczących kinetycznej teorii

Bardziej szczegółowo

Wprowadzenie do struktur niskowymiarowych

Wprowadzenie do struktur niskowymiarowych Wprowadzenie do struktur niskowymiarowych W litym krysztale ruch elektronów i dziur nie jest ograniczony przestrzennie. Struktury niskowymiarowe pozwalają na ograniczenie (częściowe lub całkowite) ruchu

Bardziej szczegółowo