锗中自旋相关的谷间和谷内电子-声子散射

我们研究了锗中$L$和$\Gamma$谷的自旋相关电子-声子散射以及导带底附近的能带结构。我们首先构建了锗中$L$点附近的$16\times16$ ${\bm k}\cdot{\bm p}$哈密顿量，确保了最低三个导带和最高两个价带的能带结构的正确性。该哈密顿量有助于分析传导电子的自旋相关性质。然后，我们展示了锗中$L$和$\Gamma$谷的声子诱导电子散射，即$\Gamma$谷内、$L$谷内、$\Gamma$-$L$谷间和$L$-$L$谷间散射。计算了这些散射的选择定则和完整散射矩阵，其中$\Gamma$谷内散射、$\Gamma$-$L$谷间散射以及光学声子和分离的横声学-纵声学声子对$\Gamma$谷内散射的贡献的散射矩阵尚未在文献中报道。通过赝势计算获得了这些散射矩阵中的系数，这也验证了我们的选择定则和波矢依赖性。我们进一步讨论了这些电子-声子散射中利用${\bm k}\cdot{\bm p}$本征态在$L$和$\Gamma$谷的Elliott-Yafet机制。我们对这些电子-声子散射的研究对于研究锗中自旋的光学取向和热电子弛豫至关重要。