光生载流子对(110)-GaAs量子阱自旋弛豫的影响

摘要

半导体自旋电子学是凝聚态物理学的一个重要特色，此学科将半导体技术和基于自旋的量子效应结合起来，它不仅丰富了物理学研究内容，而且推进了自旋半导体器件的发展，是一个多学科交叉的新兴领域。半导体自旋电子学主要研究目的是利用自旋作为信息的载体，并通过控制自旋自由度来完成新一代半导体自旋电子器件的开发。实现半导体自旋器件的先备条件是具有长自旋寿命，因此对电子自旋动力学过程探究成为研究热点之一。在实验中，我们利用单光子计数方法测量了(110)-GaAs量子阱荧光动力学过程。并通过双色时间分辨科尔旋转技术，深入研究了该量子阱中自旋动力学过程。结合二者，本文验证了光生载流子对电子自旋弛豫的定量影响。主要的研究内容如下：
　　(1)在温度20K条件下，利用单光子计数方法测量了不同激发功率下(110)-GaAs量子阱的荧光动力学过程。在实验中我们得到荧光寿命?随激发功率密度ρopt的增加而增大的变化趋势，拟合实验数据可得出τ∝ρ0.08opt。通过测量 GaAs量子阱的荧光寿命以及对量子阱的光学吸收计算，我们能得到不同泵浦光功率下的带间吸收所产生的空穴浓度。
　　(2)进一步通过双色磁光科尔旋转技术，在测量温度为20K条件下，研究了(110)-GaAs量子阱中电子自旋动力学过程。实验中我们测量了在该结构体系中，不同泵浦光功率密度条件下所对应的自旋弛豫时间τs。当光功率密度范围从24.2 W/cm变化到140 W/cm2，此时自旋寿命对应τs=4.9 ns减小至τs=1.4 ns。泵浦光功率密度越大，产生的空穴-电子对越多，由此我们可以得出空穴对电子散射作用是影响自旋弛豫的主要机制。
　　(3)结合在荧光测量实验中所计算出来的有效空穴浓度，我们可得出自旋弛豫速率l/τs随光生空穴浓度Nh成线性增加关系。同时，基于BAP机制主导的电子弛豫过程，我们在理论上估算了自旋弛豫速率与空穴浓度的线性依赖关系。实验结果表明实验上拟合出的依赖关系系数和理论计算比值符合比较好，因此我们定量验证了在低温下，BAP机制是(110)-GaAs量子阱电子自旋弛豫过程的主导因素。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 论文结构安排

第二章 半导体自旋动力学基本概念

2.1引言

2.2自旋极化产生和探测

2.3 自旋弛豫和自旋退相干

2.4 自旋弛豫机制

第三章 实验技术概述

3.1 引言

3.2 实验仪器

3.3 时间分辨的科尔旋转测量

3.4时间分辨荧光光谱技术

第四章 光生载流子对(110)-GaAs量子阱中电子自旋弛豫的影响

4.1 引言

4.2实验样品

4.3 (110)- GaAs量子阱荧光寿命测量

4.4 (110)-GaAs量子阱中电子自旋弛豫的测量

4.5小结

第五章 总结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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