Спін-орбітальне розщеплення валентної зони в кремнієвих ниткоподібних кристалах під дією деформації

Магнітопровідність ниткоподібних кристалів Si з концентрацією легуючої домішки 2 x 1018 см – 3 досліджували в інтервалі магнітних полів 0-14 Тл при кріогенних температурах за деформації стиску до – 2 x 10 – 3 відн. од. Легування кристалів бором здійснювали у процесі росту методом хімічного парофазного осадження і концентрація носіїв заряду, згідно холлівських вимірювань, становила порядку 2 x 1018 см – 3. Одновісну деформацію ниткоподібних кристалів здійснювали шляхом їх закріплення на підкладках з використанням термічної деформації за рахунок різниці коефіцієнтів термічного розширення кристала і матеріалу підкладки. Досліджено поздовжній магнітоопір для недеформованих і деформованих зразків Si в інтервалі температур 4.2 - 70 К. Недеформовані зразки мають квадратичну залежність магнітоопору від індукції магнітного поля. Деформація приводить до появи великого від’ємного магнітоопору з максимальною величиною до 15 %. Обговорюються можливі причини цього ефекту. Найбільш вірогідною причиною виникнення від’ємного магнітоопору є слабка локалізація носіїв заряду. Згідно з розрахунками у моделі слабкої локалізації носіїв заряду показано, що довжина когерентності Lso і довжина спін-орбітальної взаємодії Lso пропорційна T – 0.53 і T – 0.45, відповідно, що відповідає теоретичним даним T – 1/2 для двовимірної системи. Це свідчить про те, що основний внесок у провідність ниткоподібних кристалів Si вносить транспорт носіїв заряду у приповерхневих шарах кристалів. Досліджено вплив деформації на спін-орбітальне розщеплення та спектр валентної зони ниткоподібних кристалів. В результаті розрахунків згідно k-p-методу виявлено значне розщеплення гілок легких і важких дірок під дією деформації стиску. Отримано енергію спін-орбітального розщеплення підзони важких дірок ΔSO, яка становить 1.8 меВ.