光生載流子對(110)-GaAs量子阱自旋弛豫的影響.pdf

1、半導(dǎo)體自旋電子學(xué)是凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)重要特色，此學(xué)科將半導(dǎo)體技術(shù)和基于自旋的量子效應(yīng)結(jié)合起來，它不僅豐富了物理學(xué)研究內(nèi)容，而且推進(jìn)了自旋半導(dǎo)體器件的發(fā)展，是一個(gè)多學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域。半導(dǎo)體自旋電子學(xué)主要研究目的是利用自旋作為信息的載體，并通過控制自旋自由度來完成新一代半導(dǎo)體自旋電子器件的開發(fā)。實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體自旋器件的先備條件是具有長自旋壽命，因此對電子自旋動(dòng)力學(xué)過程探究成為研究熱點(diǎn)之一。在實(shí)驗(yàn)中，我們利用單光子計(jì)數(shù)方法測量了(110)-Ga

2、As量子阱熒光動(dòng)力學(xué)過程。并通過雙色時(shí)間分辨科爾旋轉(zhuǎn)技術(shù)，深入研究了該量子阱中自旋動(dòng)力學(xué)過程。結(jié)合二者，本文驗(yàn)證了光生載流子對電子自旋弛豫的定量影響。主要的研究內(nèi)容如下：
　　(1)在溫度20K條件下，利用單光子計(jì)數(shù)方法測量了不同激發(fā)功率下(110)-GaAs量子阱的熒光動(dòng)力學(xué)過程。在實(shí)驗(yàn)中我們得到熒光壽命?隨激發(fā)功率密度ρopt的增加而增大的變化趨勢，擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出τ∝ρ0.08opt。通過測量 GaAs量子阱的熒光壽命以及

3、對量子阱的光學(xué)吸收計(jì)算，我們能得到不同泵浦光功率下的帶間吸收所產(chǎn)生的空穴濃度。
　　(2)進(jìn)一步通過雙色磁光科爾旋轉(zhuǎn)技術(shù)，在測量溫度為20K條件下，研究了(110)-GaAs量子阱中電子自旋動(dòng)力學(xué)過程。實(shí)驗(yàn)中我們測量了在該結(jié)構(gòu)體系中，不同泵浦光功率密度條件下所對應(yīng)的自旋弛豫時(shí)間τs。當(dāng)光功率密度范圍從24.2 W/cm變化到140 W/cm2，此時(shí)自旋壽命對應(yīng)τs=4.9 ns減小至τs=1.4 ns。泵浦光功率密度越大，產(chǎn)生的空

4、穴-電子對越多，由此我們可以得出空穴對電子散射作用是影響自旋弛豫的主要機(jī)制。
　　(3)結(jié)合在熒光測量實(shí)驗(yàn)中所計(jì)算出來的有效空穴濃度，我們可得出自旋弛豫速率l/τs隨光生空穴濃度Nh成線性增加關(guān)系。同時(shí)，基于BAP機(jī)制主導(dǎo)的電子弛豫過程，我們在理論上估算了自旋弛豫速率與空穴濃度的線性依賴關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)上擬合出的依賴關(guān)系系數(shù)和理論計(jì)算比值符合比較好，因此我們定量驗(yàn)證了在低溫下，BAP機(jī)制是(110)-GaAs量子阱電子自旋弛