GaAs量子阱中电子自旋弛豫的电子能量、浓度和自旋偏振度依赖研究

摘要

铁磁金属自旋电子器件，如GMR和自旋阀磁读头的巨大成功应用，使人们认识到了自旋电予器件的诸多优点，如体积小，功耗低，信息不丢失等，促使人们考虑应用半导体中电子自旋自由度，发展半导体自旋电子器件。然而，发展半导体自旋电子器件要解决的首要问题是实现电子自旋极化和控制自旋极化的弛豫。本文研究了电子能量、初始电予自旋极化度和电子浓度对GaAs/AlGaAs多量子阱中电子自旋极化弛豫的影响，以弄清量子阱中电子自旋弛豫的机制和获取不同条件下自旋极化弛豫时间常数。 本文利用椭圆偏振光泵浦一探测光谱技术研究了室温下GaAs/AlGaAs多量子阱中自旋偏振驰豫时间和光生载流子浓度的依赖关系。在实验中观察到自旋弛豫时间随浓度的增加而增加，载流子复合时间随浓度的增加而减小。根据DP机制，可知自旋驰豫时间与动量驰豫成反比，再依据载流子浓度对动量散射的非线性作用理论，可得到自旋驰豫时间与载流子浓度的依赖关系式。实验结果与该理论符合得很好。同时进一步验证了椭圆偏振光泵浦一探测光谱技术的可靠性。 研究了室温下GaAs/AIGaAs多量子阱中自旋偏振驰豫时间和初始自旋偏振度之间的关系。在实验中观察到自旋弛豫时间随初始自旋偏振度的增加而增加。这一结果与M.W.Wu等人考虑了Hartree-Fock项贡献的理论计算较好符合。Hartree-Fock项贡献正比于电子自旋极化度，其行为等效为一个有效磁场，改变自旋的运动．并与DP机制一起影响自旋弛豫。根据此理论，自旋弛豫时间正比于初始自旋偏振度。 研究了室温下GaAs/AlGaAs多量子阱导带中不同过超能量电子的复合和自旋驰豫动力学。在相同浓度下，发现随着过超能量减小，电子复合时间逐渐增大。之后我们引入自旋，得到了导带中不同能级上的电子自旋弛豫时间。综上所述，实验表明GaAs/AlGaAs多量子阱中自旋弛豫时间随浓度、初始自旋偏振度和过超能量的变化。发现自旋弛豫时间随电子浓度的增加而增加，随初始自旋偏振度的增加而增加，在带底附近随过超能量的增加而减小。

目录

文摘

英文文摘

第一章电子自旋弛豫研究背景及意义

1.1自旋的应用

1.2半导体自旋电子学需要解决的问题

1.3电子自旋驰豫机制

1.4电子自旋弛豫研究动态

1.5本论文的主要成果和结构安排

参考文献

第2章电子自旋实验探测技术及原理

2.1引言

2.2电子自旋偏振与退相干弛豫研究方法与现状

2.3椭圆偏振光泵浦-探测光谱技术原理

2.4椭圆偏振光泵浦-探测光谱技术优点

2.5本章小节

参考文献

第3章GaAs/AlGaAs多量子阱电子自旋弛豫与电子浓度之间的关系

3.1引言

3.2 DP机制

3.3实验内容

3.3实验结果和讨论

3.4小结

参考文献

第4章GaAs/AlGaAs多量子阱自旋弛豫与自旋偏振度之间的关系

4.1引言

4.2实验内容

4.3实验结果和讨论

4.4小结

参考文献

第5章AlGaAs/GaAs多量子阱中电子自旋弛豫与电子过超能量的关系赖

5.1引言

5.2实验内容

5.3实验结果讨论

5.4本章小结

参考文献

总结

硕士期间发表的论文

致谢

原创性声明