GaAs量子阱及其體材料中電子自旋弛豫研究.pdf

1、自旋電子學(xué)是一門新興的學(xué)科，利用電子自旋自由度制造的器件，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件相比，有著非易失性、數(shù)據(jù)處理速度快、能量消耗低和集成密度高等優(yōu)點(diǎn)，從而給現(xiàn)有的電子業(yè)帶來革命性的變化。未來的自旋電子器件是要利用半導(dǎo)體及其量子阱結(jié)構(gòu)材料中的電子自旋自由度的偏振態(tài)作為信息載體和邏輯位，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。因而，首先要解決的基本問題是如何實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體中電子自旋的極化或注入。其次，要了解電子自旋極化的壽命，本文以GaAs量子阱及體材料為研究對象，從理論和實(shí)驗(yàn)

2、兩個(gè)角度分析了室溫下電子自旋極化弛豫過程及其機(jī)理，主要成果概述如下： (1)運(yùn)用電子自旋依賴的飛秒抽運(yùn)探測技術(shù)研究了室溫下GaAs/A1GaAs多量子阱中電子自旋極化弛豫與動(dòng)量弛豫及載流子濃度的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中觀察到自旋弛豫時(shí)間隨濃度的增加而增加的變化趨勢。依據(jù)載流子濃度對動(dòng)量散射的非線性作用理論，得出自旋弛豫時(shí)間隨動(dòng)量弛豫時(shí)間的變化規(guī)律，在DP機(jī)制的框架內(nèi)很好地?cái)M合并解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這是首次定量的分析了GaAs量子阱中的電子自旋

3、極化弛豫與動(dòng)量弛豫及載流子濃度的關(guān)系，對認(rèn)識(shí)和應(yīng)用量子阱中電子自旋的注入和弛豫特性具有重要參考價(jià)值。 (2)首次在實(shí)驗(yàn)上測量了室溫下中心反演對稱性缺失的GaAs體材料在不同載流子濃度下的自旋弛豫時(shí)間t。。實(shí)驗(yàn)測得τ。隨載流子濃度N的增加而減少，通過擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出τs∝N-1/2，這種情況與上述GaAs量子阱的情況不同，但與體材料中依據(jù)DP自旋弛豫機(jī)理導(dǎo)出的關(guān)系相符。這一結(jié)果說明，材料結(jié)構(gòu)的改變，載流子濃度對電子動(dòng)量弛豫的影響情

4、況亦不同。在體材料三維條件下，屏蔽效應(yīng)隨載流子濃度增加而增強(qiáng)，動(dòng)量弛豫時(shí)間增長導(dǎo)致τs減小。 (3)進(jìn)一步研究了GaAs體材料自旋弛豫時(shí)間對電子過超能量的依賴關(guān)系。實(shí)驗(yàn)觀測到自旋弛豫時(shí)間隨電子過超能量的增加而減少。另外，實(shí)驗(yàn)還觀測到瞬態(tài)透射譜出現(xiàn)“反飽和吸收”的現(xiàn)象，這是帶隙重整化效應(yīng)引起的。自旋弛豫時(shí)間對電子過超能量依賴關(guān)系的研究為基于自旋弛豫光開關(guān)器件的研制提供了參考，也提供了一種獲得最佳的自旋特性的依據(jù)。 總之，本