Simulación de dispositivos espintrónicos usando el método de Monte Carlo

Résumé

El método de Monte Carlo (MC) es una herramienta habitual en el estudio de propiedades de transporte del espín en semiconductores, pero para estudiar el funcionamiento de dispositivos espintrónicos se debe considerar el proceso de inyección/extracción dependiente del espín que ocurre en los contactos de estos dispositivos. Este proceso ha sido ignorado hasta el momento aunque es fundamental para evaluar las prestaciones de los transistores de espín. En este trabajo se propone un modelo de inyección/extracción dependiente del espín que puede incorporase fácilmente en simuladores MC. Los principios físicos así como la implementación de dicho modelo se detallan, y también se comprueba la validez del método para simular situaciones estáticas y dinámicas. Luego, la metodología desarrollada se usó para simular el comportamiento en condiciones estáticas y a alta frecuencia de dos tipos de transistores de espín: el transistor de Datta--Das y el "Resonant spin lifetime transistor''. Los resultados obtenidos muestran la utilidad de la metodología propuesta para caracterizar y optimizar el desempeño de los transistores de espín. ***** Monte Carlo (MC) simulations of spin transport in semiconductor is a well known technique, but in order to simulate the operation of a spintronic device the spin-dependent electron injection process that happens in the contacts must be considered. This process has been generally ignore even that it is fundamental to evaluate the performance of a spin transistor. In this work, we develop a spin-dependent injection/extraction model that can be easily include into MC simulators. The physical basis and the algorithm implementation are described in detail and the validity of our model to simulate DC and AC situations is evaluated. Our method was used to simulate the operation in static and dynamic conditions of two spin transistors: the Datta--Das spin transistor and the Resonant spin lifetime transistor. Our findings show that the spin-dependent injection model is usefull for the characterization and optimization of spin transistors.