Manyetik alanın etkisinde, Rashba spin yörünge etkileşmesi olan lens şeklindeki yarı manyetik yarı iletken kuantum noktalarında absorbsiyon katsayısının hesaplanması
Calculation of absorption coefficient of lens-shaped semi-magnetic semi-conductor quantum dots with Rashba spin orbit interaction under the effect of magnetic field
Yazar: MUSTAFA BALCI
Danışman: PROF. DR. ARİF BABANLI
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında seyreltilmiş yarımanyetik yarıiletken elipsoid kuantum noktanın optik özellikleri araştırıldı. Çalışmada Rashba spin-yörünge etkileşiminin optik geçişlere olan etkisi incelendi. Adyabatik yaklaşım kullanılarak etkin kütle yaklaşımı çerçevesinde kuantum sisteminin tek elektronlu Schrödinger denklemi çözüldü. Schrödinger denkleminin enerji spektrumu ve dalga fonksiyonu elde edildi. Bantlar içi optik geçişler için elde edilen enerji spektrumu ve dalga fonksiyon ifadeleri kullanılarak absorbsiyon (soğurma) katsayısı gelen fotonun enerjisinin bir fonksiyonu olarak elde edildi. Ayrıca bantlar içi optik geçişler için izinli ve izinli olmayan durumlar belirlendi. Soğurma katsayısının gelen fotonun enerjisinin fonksiyonu olarak; manyetik alan, sıcaklık, Mn atomunun konsantrasyonu, elipsoidin boyut parametreleri ve Rashba parametresi gibi parametrelerin farklı değerlerine göre değişimi incelendi.

Elde edilen sonuçlara göre manyetik alanın artmasıyla elipsoidin kalınlığının 1nm değerinde soğurma katsayısının maksimumu azalmakta ve gelen fotonun enerjisine göre sağa kaymaktadır. Manyetik alanın artması elipsoid kuantum noktadaki elektronun 110 ve 111 enerji seviyeler arası uzaklığı arttırmakta ve bu iki seviyeler arası optik geçiş olasılığını azaltmaktadır. Ancak elipsoid kalınlığı 1nm'den 10nm değerine çıkarılırsa manyetik alanın artmasıyla soğurma katsayısının maksimumu artmakta ve gelen fotonun enerjisine göre sağa kaymaktadır. Elipsoidin kalınlığının 10nm değerinde manyetik alanın artması 110 ve 111 enerji seviyeler arası uzaklığı arttırmaktadır. Ayrıca manyetik alanın artması bu iki seviyeler arası optik geçiş olasılığını da arttırmaktadır. Sıcaklığın artmasıyla soğurma katsayısının maksimumu azalmakta ve gelen fotonun enerjisine göre sağa kaymaktadır. Sıcaklığın değişimi 110 ve 111 enerjisi seviyeler arası uzaklığına etkisi ihmal edilebilecek kadar azdır. Diğer taraftan sıcaklığın artması bu iki seviyeler arası optik geçiş olasılığını azaltmaktadır. Mn atomunun konsantrasyonunun artmasıyla soğurma maksimumu artmakta ve gelen fotonun enerjisine göre sola kaymaktadır. Mn atomunun konsantrasyonunun değişimi, sıcaklığın değişiminin 110 ve 111 enerji seviyeler arası uzaklığına etkisinin olduğu gibi ihmal edilebilecek kadar azdır. Ayrıca, Mn atomunun konsantrasyonunun artması elektronun bu iki seviyeler arası optik geçiş yapma olasılığını arttırmaktadır. Son olarak Rashba parametresinin artmasıyla soğurma katsayısının maksimumu azalmakta ve gelen fotonun enerjisine göre sağa kaymaktadır kaymaktadır.

Abstract:
In this thesis, the optical properties of a dilute semimagnetic semiconductor ellipsoidal quantum dot were investigated. The study examined the effect of Rashba spin-orbit interaction on optical transitions. Using the adiabatic approach, the one-electron Schrödinger equation of a quantum system is solved within the framework of the effective mass approach. The energy spectrum and wave function of the Schrödinger equation are obtained. Using the obtained expressions for the energy spectrum and wave function for intraband optical transitions, the absorption coefficient was obtained as a function of the energy of the incident photon. Additionally, the allowed and unresolved states of intraband optical transitions were determined. Absorption coefficient as a function of incident photon energy; Changes in various values of parameters such as magnetic field, temperature, Mn atom concentration, dimensional parameters of the ellipsoid and the Rashba parameter were studied.

According to the results obtained, with increasing magnetic field, the maximum absorption coefficient at an ellipsoid thickness of 1 nm decreases and shifts to the right in accordance with the energy of the incident photon. Increasing the magnetic field increases the distance between the 110 and 111 energy levels of the electron in an ellipsoidal quantum dot and reduces the possibility of an optical transition between these two levels. However, if the thickness of the ellipsoid is increased from 1 to 10 nm, the maximum absorption coefficient increases with increasing magnetic field and shifts to the right depending on the energy of the incident photon. Increasing the thickness of the ellipsoid by 10 nm increases the distance between the 110 and 111 energy levels. In addition, increasing the magnetic field increases the possibility of an optical transition between these two levels. As the temperature increases, the maximum absorption coefficient decreases and shifts to the right depending on the energy of the incident photon. Temperature changes have little effect on the distance between the 110th and 111th energy levels. On the other hand, increasing the temperature reduces the possibility of an optical transition between these two levels. With increasing concentration of the Mn atom, the absorption maximum increases and shifts to the left depending on the energy of the incident photon. The change in the concentration of a Mn atom is negligible, as is the effect of a change in temperature on the distance between energy levels 110 and 111. In addition, increasing the concentration of a Mn atom increases the likelihood that an electron will make an optical transition between these two levels. Finally, as the Rashba parameter increases, the maximum absorption coefficient decreases and shifts to the right in accordance with the energy of the incident photon.