A peak in density dependence of electron spin relaxation time in $n$-type bulk GaAs in metallic regime
我们证明,在由Jiang和Wu [Phys. Rev. B { \bf 79},125206(2009)]预测的金属区域中的$n$型块状GaAs中的电子自旋弛豫时间的密度依赖性中的峰值已经在Krauwant { \em et al}的最新工作中实验实现。[arXiv:0902.0270].
2009-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin relaxation in GaAs$_{1-x}$Bi$_x$: Effects of spin-orbit tuning by Bi incorporation
本文从微观自旋动力学Bloch方程出发,研究了具有Bi组分的$n$型和本征GaAs $_{1-x}$ Bi $_x$ $0\le x \le 0.1$中的电子自旋弛豫. Bi的掺入显着降低自旋弛豫时间作为修改的自旋-轨道相互作用的结果。我们证明了GaAs $_{1-x}$ Bi $_x$中自旋弛豫时间的密度和温度依赖性与GaAs中的类似。同时,在本征样品中,Bir-Aronov-Pikus机制与D 'yakonov-Perel'机制相比可以忽略不计.由于没有直接测量的电子有效质量在整个组成范围内的调查,我们进一步探讨了电子自旋弛豫的电子有效质量的可能变化的效果。
2012-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of electron spin relaxation in Mn-doped GaAs
我们报告了一个令人惊讶的长自旋弛豫时间的电子在Mn掺杂的p-GaAs。自旋弛豫时间与光泵浦成比例,并且从黑暗中的12 ns增加到饱和时的160 ns。这种行为与电子的自旋弛豫速率的差异在电离或中性Mn受体的波动领域,分别旋进。对于后者,Mn离子和束缚空穴之间的反铁磁交换相互作用导致这些波动场的部分补偿,导致增强的自旋记忆。
2007-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Spin- and energy relaxation of hot electrons at GaAs surfaces
综述了半导体中自旋弛豫的机制,并对p型杂质半导体中普遍存在的自旋弛豫机制,即电子-空穴交换相互作用引起的自旋弛豫作了较深入的介绍。结果表明,玻尔兹曼型动力学方程的解决方案,使人们能够获得定量的结果,自旋弛豫半导体,超越原来的Bir-Aronov-Pikus弛豫率近似。利用表面灵敏双光子光电子能谱技术的实验结果表明,p掺杂GaAs中电子在半导体/金属表面的自旋弛豫时间比相应的体自旋弛豫时间长几倍。这些结果的理论解释方面的孔在表面的带弯曲区域中的减少的密度。
2005-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Hole spin relaxation in $p$-type GaAs quantum wires
通过数值求解全微观动力学自旋Bloch方程,研究了$p$型GaAs量子线的自旋弛豫。我们发现,量子线尺寸通过调制线态的能谱和重空穴-轻空穴混合,有效地影响自旋弛豫时间。量子线的尺寸,温度,空穴密度,和初始极化的影响进行了详细的研究。我们表明,根据情况,自旋弛豫时间可以增加或减少与空穴密度。由于不同的子带结构和自旋-轨道耦合效应,自旋弛豫的许多性质与体材料和量子阱中的空穴有很大的不同,子带间散射对自旋弛豫有显著的贡献。
2008-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Picosecond Nonlinear Relaxation of Photoinjected Carriers in a Single GaAs/AlGaAs Quantum Dot
单个自组织GaAs/AlGaAs量子点(QD)的光发射以皮秒时间分辨率进行时间分辨。由多激子结构组成的发射光谱被观察到依赖于延迟时间和激发强度。定量协议之间的实验数据和计算的基础上的模型,其特征在于连续弛豫的多激子。通过分析,我们可以确定载流子弛豫时间作为光注入载流子布居的函数。点内载流子弛豫的增强被证明是由于单个QD内部的载流子-载流子散射。
2002-08-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of As interstitials in GaAs: Convergence, relaxation, and formation energy
以GaAs中砷分裂间隙原子为例,研究了缺陷形成能、电荷跃迁能级、局域缺陷态性质、缺陷原子结构和弛豫的密度泛函超原胞计算的收敛性.包含多达217个原子和各种{ \bf k}-空间采样方案的超胞被认为是。结果表明,一个很好的描述本地化的缺陷态分散和电荷态跃迁水平需要至少一个217原子的超晶胞,虽然缺陷结构和原子弛豫可以很好地收敛在一个65原子的细胞。计算了GaAs中As分裂间隙、Ga空位和As反位缺陷的形成能,同时考虑了对化学势和费米能的依赖。发现在富As、$n$型或半绝缘GaAs中As反位的平衡浓度远低于As反位的平衡浓度。
2011-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Slow Exciton Spin Relaxation in Single Self-Assembled In$_{1-x}$Ga$_x$As/GaAs Quantum Dots
采用原子经验赝势方法计算了单个自组装In $_{1-x}$ Ga $_x$ As/GaAs量子点中声学声子辅助的激子自旋弛豫.我们发现,从亮到暗激子态的转变是由库仑关联效应引起的。由精细组态相互作用计算得到的激子自旋弛豫时间在纯InAs/GaAs量子点中约为15- 55 $μ$ s,在合金量子点中甚至更长。这些结果与以前的理论和实验结果相矛盾,这些结果表明激子自旋时间非常短(几ns),但与最近的实验表明激子具有长自旋弛豫时间($>$ 1 $μ$ s)一致。
2013-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Density dependence of electron-spin polarization and relaxation in intrinsic GaAs at room temperature"
我们对Teng等人[J. Phys. D:Appl. Phys. { \bf 42},135111(2009)]的结论进行评论,即在本征体GaAs中,在高载流子密度下,Bir-Aronov-Pikus机制比D 'yakonov-Perel'机制更重要。我们指出自旋弛豫完全来自D 'yakonov-Perel'机制。
2009-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Relaxation in GaAs: Importance of Electron-Electron Interactions
我们研究自旋弛豫在n型体GaAs,由于Dyakonov-Perel机制,使用系综Monte Carlo方法。我们的研究结果证实,自旋弛豫时间的增加与电子密度的制度中的中等电子浓度和高温。我们表明,在非简并制度的电子-电子散射显着减慢自旋弛豫。这一结果支持了Glazov和Ivchenko的预测。最重要的是,我们的研究结果突出了自旋动力学的多体相互作用的重要性:我们表明,只有通过适当地考虑电子-电子相互作用的模拟,结果的自旋弛豫时间--相对于电子密度和温度--将达到良好的{ \it定量}协议与相应的实验数据。我们的计算不包含拟合参数。
2016-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation due to the Bir-Aronov-Pikus mechanism in intrinsic and $p$-type GaAs quantum wells from a fully microscopic approach
通过构造和数值求解动力学自旋Bloch方程,研究了本征和$p$型(001)GaAs量子阱中的电子自旋弛豫。所有相关的散射都明确包括在内,特别是自旋翻转电子-重空穴交换散射,导致Bir-Aronov-Pikus自旋弛豫。我们发现,由于在费米黄金法则方法中忽略了电子-重空穴交换散射中的非线性项,文献中的Bir-Aronov-Pikus机制导致的自旋弛豫在中等高电子密度和低温下被大大夸大。我们比较了由于Bir-Aronov-Pikus机制和由于D 'yakonov-Perel'机制的自旋弛豫时间,D 'yakonov-Perel'机制也是从动力学自旋Bloch方程计算的,包括所有的散射,特别是自旋守恒的电子-电子和电子-重空穴散射。我们发现,在本征量子阱中,低温时Bir-Aronov-Pikus机制的效应比D 'yakonov-Perel'机制的效应小得多,高温时小不到一个数量级.在$p$型量子阱中,由于Bir-Aronov-Pikus机制的自旋弛豫在低温下也比由于D 'yakonov-Perel'机制的自旋弛豫小得多,并且当空穴密度和量子阱的宽度足够大时,在较高温度下变得彼此相当。我们认为,与体样品不同,Bir-Aronov-Pikus机制在二维样品中几乎不占主导地位。
2007-12-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Hole spin relaxation in $p$-type (111) GaAs quantum wells
本文研究了$p$型(111)GaAs量子阱中空穴自旋弛豫,其中只考虑最低空穴子带,即(111)GaAs/AlAs中的类重空穴子带和(111)GaAs/InP量子阱中的类轻空穴子带.采用子带Löwdin微扰法得到了包含Dresselhaus和Rashba自旋轨道耦合的有效哈密顿量。在适当的栅压下,(111)GaAs/AlAs量子阱中的面内有效磁场在整个动量空间内都能得到很强的抑制,而(111)GaAs/InP量子阱中的面内有效磁场仅在特定的动量圆上得到抑制。通过完全微观动力学自旋Bloch方程方法计算了D 'yakonov-Perel'和Elliott-Yafet机制引起的空穴自旋弛豫,并明确地包括了所有相关的散射。对于(111)GaAs/AlAs量子阱,预测了极长的重空穴自旋弛豫时间(可达数百纳秒)。此外,我们预测的重空穴自旋弛豫时间的栅电压依赖性由于D 'yakonov-Perel'机制的一个明显的峰值。该峰源于(111)GaAs/AlAs量子阱中独特的非均匀展宽被抑制。此外,由于阱宽较窄的量子阱中轻重空穴之间的自旋混合较小,Elliott-Yafet机制仅在峰区附近影响自旋弛豫.我们还显示了自旋弛豫的各向异性。在(111)GaAs/InP量子阱中,光空穴自旋弛豫时间与栅压的关系也出现了一个与(111)GaAs量子阱中电子的情况类似的温和峰。在这种情况下,Elliott-Yafe…
2012-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Full Electrical Control of the Electron Spin Relaxation in GaAs Quantum Wells
用时间分辨光致发光光谱研究了(111)取向GaAs/AlGaAs量子阱中电子自旋动力学。通过施加50 kV/cm的外场,可以观察到自旋弛豫时间增加两个数量级,达到大于30 ns的值;这是电场调谐自旋轨道导带分裂的结果,当Rashba项恰好补偿Dresselhaus项时,自旋轨道导带分裂几乎可以消失。在横向磁场下的测量表明,电子自旋弛豫时间的三个空间方向上可以同时与所施加的电场调谐。
2011-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Spin Relaxation in Quasi-1D GaAs Mesowires: Control via Electric Field and Aspect Ratio
我们报告的GaAs准一维介线的自旋弛豫的测量,依赖于自旋噪声光谱,从而增加到现有的体的自旋弛豫研究在散装,二维和零维系统。除了温度和磁场的依赖性,我们修改的自旋弛豫时间,通过施加的电场和纵横比的中间线,这表明可扩展的自旋电子器件具有可控的自旋弛豫是可以实现的。总的来说,我们观察到更高的自旋弛豫时间相比,散装与自旋噪声表现出Dyakonov-Perel散射和其他散射行为的中间线。光谱自旋噪声数据部分解释通过Glazov-Sherman模型,其中,扩散和弹道自旋弛豫占。
2021-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of nonequilibrium phonons on hot-electron spin relaxation in n-type GaAs quantum wells
研究了非平衡纵向光学声子对$n$型GaAs量子阱中热电子自旋弛豫的影响。在面内电场的作用下,由于有限的弛豫速率,纵向光学声子被电子驱动到非平衡态。非平衡声子通过改变电子的加热和漂移,进而影响电子的自旋弛豫性质。自旋弛豫时间延长,由于增强的电子加热,从而在非平衡声子的存在下的电子-声子散射。自旋进动的频率大致与电子漂移速度成比例,可以增加(在低电场和/或高晶格温度下)或降低(在高电场和/或低晶格温度下)。当电子密度高而杂质密度低时,非平衡声子效应更为显著。
2010-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Tuning of the hole spin relaxation time in single self-assembled In$_{1-x}$Ga$_x$As/GaAs quantum dots by electric field
采用原子经验赝势方法研究了电场对单个自组装In $_{1-x}$ Ga $_{x}$ As/GaAs量子点中声子辅助空穴自旋弛豫的调控.我们发现,沿生长方向的电场可以调谐空穴自旋弛豫时间超过一个数量级。电场可以延长或缩短空穴的自旋寿命,并且这种调谐在电场方向上表现出不对称性。点越高,不对称性越明显。结果表明,电场是调控量子点自组装空穴自旋弛豫的有效手段。
2014-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic theory of spin relaxation in self-assembled In$_{1-x}$Ga$_x$As/GaAs quantum dots at zero magnetic field
本文采用全原子理论计算了零磁场下自组装In $_{1-x}$ Ga $_x$ As/GaAs量子点中电子和空穴的自旋翻转时间($_{1}$).在低磁场下,一级过程被抑制,二级过程占主导地位。我们发现在4.2K下,自旋-声子相互作用引起的自旋弛豫时间对电子为40 - 80 s,对空穴为1 - 20 ms。计算的空穴自旋弛豫时间与最近的实验结果吻合较好,表明在零场下,双声子过程是自组装量子点中空穴自旋弛豫的主要机制.我们进一步阐明了结构和合金成分对量子点自旋弛豫的影响。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin relaxation in $n$-type (111) GaAs quantum wells
利用动力学自旋Bloch方程方法研究了$n$型(111)GaAs量子阱中D 'yakonov-Perel'机制限制的自旋弛豫.在(111)GaAs量子阱中,通过Dresselhaus和Rashba自旋轨道耦合项的相互抵消,在适当的栅压下,D 'yakonov-Perel'项的面内有效磁场在特定的动量圆上可以被抑制为零。当自旋极化电子主要分布在这个特殊的圆上时,面内非均匀展宽很小,自旋弛豫得到抑制,特别是沿量子阱生长方向的自旋弛豫。该抵消效应可能导致自旋弛豫时间的密度或温度依赖性中的峰值(抵消峰值)。在密度(温度)依赖性中,抵消峰和普通密度(库仑)峰之间的相互作用导致自旋弛豫时间的密度(温度)依赖性的丰富特征。揭示了不同质量的杂质对自旋弛豫温度相关性中的抵消峰和库仑峰的影响。我们还显示了自旋弛豫相对于自旋极化方向的各向异性。
2010-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Singwi-Tosi-Land-Sjölander local field correction on spin relaxation in $n$-type GaAs quantum wells at low temperature
通过构造和数值求解动力学自旋Bloch方程,研究了低温下Singwi-Tosi-Land-Sjölander局域场修正对$n$型GaAs量子阱中自旋弛豫/退相的影响.我们计算了局域场因子$G(q)$在量子阱中的数值求解三个方程,其中链接的局域场因子,结构因子,和介电函数,自洽。这样的修正减少了电子-电子库仑散射和库仑Hartree-Fock项。我们比较了在不同的条件下,如温度,电子密度,阱宽和自旋极化的自旋弛豫时间与没有这种修正。我们发现,这种修正导致的自旋弛豫时间在强/弱散射极限的减少/增加。在高自旋极化下,它减少了Hartree-Fock项,因此倾向于减少自旋弛豫时间。局部场修正的自旋弛豫时间的修改是或多或少温和的,无论是由于共存的散射比库仑散射在低自旋极化和/或由于竞争的影响,从库仑散射和库仑Hartree-Fock长期在高极化。
2008-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Energy-resolved electron-spin dynamics at surfaces of p-doped GaAs
利用自旋、时间和能量分辨的双光子光电子能谱研究了p型掺杂GaAs不同表面的电子自旋弛豫。这些结果进行了对比与散装的时间分辨法拉第旋转测量以及计算的Bir-Aronov-Pikus自旋翻转机制所获得的结果。由于在(100)表面处的能带弯曲区域中的空穴密度减小,自旋弛豫时间朝向较低能量增加超过两个数量级。在平带(011)表面,得到了与我们对体GaAs的测量和计算相一致的恒定自旋弛豫时间。
2005-08-25 cond-mat.mtrl-sci
1550 nm compatible ultrafast photoconductive material based on a GaAs/ErAs/GaAs heterostructure
报道了GaAs/ErAs/GaAs异质结的亚带隙吸收和超快弛豫。利用傅里叶变换红外光谱和时域泵浦探测技术研究了其红外吸收和1550 nm激发的超快光响应。位于2.0 μ m(0.62 eV)和2.7 μ m(0.45 eV)的两个吸收峰分别来自ErAs/GaAs界面肖特基态和GaAs内部的亚带隙跃迁。GaAs/ErAs/GaAs异质结构的光致载流子寿命(使用1550 nm光激发)测量为低至190 fs,使其成为1550 nm技术兼容的高临界击穿场THz器件的有前途的材料。提出了弛豫机制,揭示了ErAs的功能。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Dynamics Due to Exchange Interaction with Holes in Bulk GaAs
本文研究了p型掺杂GaAs中电子-空穴交换相互作用(Bir-Aronov-Pikus机制)引起的电子自旋动力学。我们讨论在何种条件下,这种机制的自旋弛豫时间是,在原则上,访问实验技术,特别是2-光子光电发射,但也法拉第/克尔效应测量。我们给出了数值结果的自旋弛豫时间的范围内的p型掺杂密度和温度。然后,我们超越弛豫时间近似和数值计算自旋相关的电子动力学,包括自旋翻转电子空穴交换散射和自旋守恒载流子库仑散射的玻尔兹曼散射积分的水平。我们表明,电子动力学偏离简单的自旋弛豫动力学的电子激发在高能量的热化不发生快于自旋弛豫时间。我们还提出了一个推导的屏蔽的电子-空穴交换散射的影响,并得出结论,它可以被忽略的情况下的GaAs,但可能成为重要的窄隙半导体。
2010-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Hole spin relaxation in intrinsic and $p$-type bulk GaAs
我们从全微观动力学自旋Bloch方程方法研究了本征和$p$型体GaAs中的空穴自旋弛豫。与以往对空穴自旋动力学的研究不同,我们明确地考虑了带内相干性和非极性的空穴-光学-声子相互作用,这两个因素对空穴自旋弛豫都有重要的影响.分析了D 'yakonov-Perel'和Elliott-Yafet机制对空穴自旋弛豫的相对贡献。在计算中,对空穴自旋弛豫起重要作用的屏蔽常数采用无规相位近似处理。在本征GaAs中,我们的结果与室温下的实验数据吻合得很好,其中空穴自旋弛豫被证明是由Elliott-Yafet机制主导的。我们还发现,空穴自旋弛豫强烈依赖于温度和预测的谷的密度依赖性的空穴自旋弛豫时间在低温下由于空穴-电子散射。在$p$型GaAs中,我们预测了自旋弛豫时间与空穴密度的关系在低温下会出现一个峰值,这是由于在简并和非简并区域中屏蔽的不同行为造成的。在散射事件期间屏蔽和动量交换之间的竞争也可以导致在低密度区域中空穴自旋弛豫时间的密度依赖性中的谷。在高温下,由于小的屏蔽常数,屏蔽效应被抑制。此外,我们预测的非单调依赖性的空穴自旋弛豫时间与温度相关的屏蔽连同空穴-声子散射。最后,我们发现,D 'yakonov-Perel'机制可以显着贡献的…(因篇幅限制省略)
2010-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multivalley spin relaxation in $n$-type bulk GaAs in the presence of high electric fields
本文用微观自旋动力学Bloch方程方法研究了高电场作用下$n$型GaAs体材料中的多通道自旋弛豫,其中包括$Γ$和$L$谷.我们发现,自旋弛豫时间随电场单调减少,这不同于二维的情况下,被确认由于体积的$Γ$谷的Dresselhauss自旋轨道耦合的立方形式。除了自旋弛豫时间的直接调制,电场也强烈地影响自旋弛豫的密度和温度依赖性。与无场条件下自旋弛豫时间随晶格温度的单调减小相反,在电场的影响下,自旋弛豫时间减小得更慢,在小电子密度和高电场的情况下,自旋弛豫时间甚至单调增大.由于热电子温度的反常晶格温度依赖性,我们甚至预测了在中等电场下弱掺杂样品中的峰。至于$L$谷,我们表明,而不是发挥的作用,“漏”的总自旋极化的量子阱系统中,在散装他们作为一个“动量阻尼区”,防止电子漂移到更高的动量状态。这倾向于抑制非均匀加宽,因此导致自旋弛豫时间的增加。
2011-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Ambipolar spin diffusion and D'yakonov-Perel' spin relaxation in GaAs quantum wells
我们报告了半导体中双极自旋扩散的理论和实验研究。在80 K下,用圆偏振激光脉冲激发GaAs多量子阱样品中的自旋极化载流子。扩散的电子和自旋密度同时测量使用空间和时间分辨泵浦探测技术。两个制度的自旋极化电子的扩散观察。最初,自旋扩散的速率类似于密度扩散的速率,并且由双极扩散系数控制。在稍后的时间,自旋扩散相对于密度扩散显著减慢,并且似乎由非恒定(减小)的自旋扩散系数控制。我们认为,自旋密度的长时间行为可以理解为一个不均匀的自旋弛豫率,它随着密度的降低而增长。自旋弛豫速率的行为与载流子间库仑散射限制的D 'yakonov-Perel'弛豫模型一致。
2009-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-injection and spin-relaxation in p-doped InGaAs/GaAs quantum-dot spin light emitting diode at zero magnetic field
报道了p型掺杂InGaAs/GaAs量子点自旋发光二极管在零磁场下的有效自旋注入。在100 K温度范围内,测量到了高的电致发光圆偏振度(Pc)~19%.这一结果是由于垂直磁化的CoFeB/MgO自旋注入器允许有效的自旋注入和适当的p型掺杂的InGaAs/GaAs量子点层在有源区中的组合。通过分析电致发光圆极化的偏压和温度依赖性,我们证明了一个两步自旋弛豫过程。第一步发生在电子隧穿MgO势垒并穿过GaAs耗尽层时。自旋弛豫由与电子的动能有关的Dyakonov-Perel机制控制,其特征在于偏压依赖的Pc。第二步发生在电子在与空穴辐射复合之前被捕获到QD中时。Pc的温度依赖性反映了温度诱导的量子点掺杂的修改,连同量子点内部的载流子寿命和自旋弛豫时间之间的比率的变化。理解这些自旋弛豫机制对于提高自旋LED在未来室温下零外加磁场下的自旋光电应用的性能是至关重要的。
2020-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Apparent Dresselhaus coefficient in (001) GaAs quantum wells: Correlation-time renormalization in D'yakonov-Perel' spin relaxation
University of Tsukuba(筑波大学);National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)(产业技术综合研究所);Tohoku University(东北大学)
该研究通过非弹道蒙特卡罗模拟,阐明(001)GaAs量子阱中由D'yakonov-Perel'自旋弛豫推断的表观Dresselhaus系数与体立方系数存在差异的原因,为解释量子阱的Dresselhaus参数提供了框架。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Electrical suppression of spin relaxation in GaAs(111)B Quantum Wells
在III-V族锌量子阱中,通过自旋-轨道相互作用(SOI)的自旋退相是限制电子自旋寿命的主要机制。通过施加电场可以抑制GaAs(111)量子阱中的退相。这种抑制归因于由电场诱导的结构诱导非对称性(SIA)SOI项对GaAs晶格的体反转非对称性(BIA)相关的本征SOI的补偿。我们通过在广泛的应用领域进行光致发光测量,证明了BIA主导的到SIA主导的制度之间的过渡,为这种机制提供了直接的实验证据。在补偿电场附近获得了超过100 ns的自旋寿命,这使得GaAs(111)量子阱成为电存储和自旋操纵的优良候选材料。
2019-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin polarization contrast observed in GaAs by force-detected nuclear magnetic resonance
我们应用最近发展的力检测核磁共振(NMR)技术观察GaAs中的71 Ga,69 Ga和75 As。在$\sim 5$ K和4.6特斯拉下,69 Ga的核自旋-晶格弛豫时间为21 $\pm$ 5 min。我们利用这个长的弛豫时间,首先创建,然后观察样品内的空间变化的核自旋极化,展示了一种新形式的对比度的磁共振力显微镜(MRFM)。这种核自旋衬度可以用来间接成像GaAs基自旋电子器件中的电子自旋极化。
2002-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of plasma-induced and fast thermal nonlinearities in a GaAs-based photonic crystal nanocavity
研究了GaAs基光子晶体腔在比光子器件中典型热弛豫速率快得多的时间尺度上的非线性响应。我们证明了热效应和载流子诱导的非线性效应之间存在强烈的相互作用。我们已经介绍了一个动力学模型,需要两个热弛豫常数,这是在非常好的协议与实验。这些结果对于基于光子晶体的非线性器件处理实际的高重复频率光信号具有重要意义。
2009-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation in $n$-type GaAs quantum wells from a full microscopic approach
通过构建和数值求解动力学自旋布洛赫方程,对具有Al $_{0.4}$ Ga $_{0.6}$ As势垒的$n$型(001)GaAs量子阱中D 'yakonov-perel'机制从近20 K到室温的自旋弛豫进行了全面的微观研究。我们考虑了所有与自旋弛豫有关的散射,如电子-声学-声子散射、电子-光学-声子散射、电子-非磁杂质散射和电子-电子库仑散射。用拟合的自旋分裂参数计算的自旋弛豫时间与Ohno { \em et al.}的实验数据符合得很好。[Physica E { \bf 6},817(2000)]在整个温度范围内(从20 K到300 K)。拟合的自旋劈裂参数值与许多实验和理论计算相一致。我们进一步显示了自旋弛豫时间的温度依赖性的各种条件下,如电子密度,杂质密度和阱宽。我们预测,在具有低电子密度的样品中,在低温下($<50$ K)的自旋弛豫时间({ \em例如},密度小于$1 \times 10^{11}$ cm $^{-2}$),但迁移率高。该峰在具有高电子密度的样品中消失(例如{ \em})。$2 \times 10^{11}$ cm $^{-2}$)和/或低迁移率。在低温下的热电子自旋动力学也解决了许多功能完全不同的高温情况下预测。
2006-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Multi-valley spin relaxation in the presence of high in-plane electric fields in $n$-type GaAs quantum wells
采用动力学自旋Bloch方程方法研究了高温下面内电场作用下$n$型GaAs量子阱中的多谷自旋弛豫.自旋弛豫时间随电场的增大先增大后减小,特别是在温度较低时。研究表明,由于$L$谷中存在较大的自旋-轨道耦合以及强的$Γ$ - $L$谷间散射,$L$谷起到了总自旋极化的“漏极”作用,从而在面内电场较高时能有效地增强整个体系的自旋弛豫.在电场作用下,观察到了由电场诱导的磁场引起的自旋旋进。同时,由于强的$Γ$ - $L$谷间散射以及$L$谷内强的非均匀展宽,$L$谷内的电子自旋具有与$Γ$谷内几乎相同的阻尼率和进动频率.尽管$L$谷的$g$因子远大于$Γ$谷的$g$因子,但当在Voigt位形中施加有限静磁场时,该特征仍然成立。此外,还表明整个系统的自旋旋进性质是由$Γ$谷区的电子决定的。在低电场区,温度、磁场和杂质会影响自旋弛豫。然而,他们被证明有边际的影响,在高电场制度。
2008-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Measurement of spin diffusion in semi-insulating GaAs
我们用光学瞬态光栅光谱测量了半绝缘GaAs(100)中光学取向电子的自旋扩散。捕获和复合不会迅速耗尽光激发的人口。88 +/-12cm2/s的自旋扩散系数在15 K至150 K的温度下大致恒定,并且自旋扩散长度为至少450 nm。我们表明,它是可能的,使用自旋扩散来估计电子扩散系数。由于电子-电子相互作用,电子扩散比自旋扩散大1.4倍。
2011-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Temperature dependent Electron Landé g-Factor and Interband Matrix Element in GaAs
在2.6~300K的温度范围内,用自旋量子拍频谱在低激发密度下对GaAs中的电子Lande g因子进行了高精度测量。在与温度相关的有效质量的可用数据的综合中,在共同的五能级kp理论内的带间矩阵元素的温度依赖性可以一致地模拟这两个参数。随着温度的升高,带间矩阵元素的强烈减少始终关闭实验和理论之间的长期差距,并大大提高了这两个参数的建模。
2009-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin lifetimes of electrons injected into GaAs and GaN
GaAs和GAN中电子的自旋弛豫时间是用一个模型确定的,该模型包括声子和电离杂质的动量散射,以及Elliot-Yafet,D 'yakonov-Perel和Bir-Aronov-Pikus机制的自旋散射。使用从经验赝势得到的长程紧束缚哈密顿量产生的精确频带。推断的自旋弛豫寿命的温度依赖性与GaAs中的测量值一致。我们进一步表明自旋寿命随注入电子能量的增加而迅速减小,并在纵向光学声子能量处达到局部最大值。我们的计算预测,纯GAN中的电子自旋寿命在所有温度下都比GaAs中长约3个数量级,这主要是由于较低的自旋轨道相互作用和较高的导带态密度。
2003-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Gallium Arsenide Thermal Conductivity and Optical Phonon Relaxation Times from First-Principles Calculations
本文采用第一性原理晶格动力学方法计算了GaAs晶体的热导率。谐波和立方力常数通过将它们拟合到来自密度泛函理论计算的力-位移数据而获得。利用简谐力常数构造的动力学矩阵计算声子色散,利用费米黄金定则计算声子弛豫时间。计算的GaAs热导率与实验数据吻合良好。得到了热导累积随声子平均自由程和波长的变化关系。我们的研究结果预测在纳米尺度下GaAs的热导率有显著的尺寸效应。研究了光学声子的弛豫时间及其在不同散射通道中的贡献。这些信息将有助于理解热声子效应的GaAs基器件。
2013-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Convergent beam electron-diffraction investigation of lattice mismatch and static disorder in GaAs/GaAs1-xNx intercalated GaAs/GaAs1-xNx:H heterostructures
稀释氮化物半导体中的氢掺入通过氮-氢复合物的产生显著地改变晶体的电子和结构性质。我们报告了一个会聚束电子衍射特性的稀释氮化物半导体异质结构图案在亚微米尺度和选择性地暴露于氢。我们提出了一种方法来确定分别在原始和氢化异质结构的垂直失配和静态无序。化学成分和应变对静态障碍的作用已分别进行了评估。
2014-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Nontrivial relaxation dynamics of excitons in high-quality InGaAs/GaAs quantum wells
高质量InGaAs/GaAs量子阱结构的光致发光谱和反射光谱显示出一系列超窄峰,这归因于量子限制激子态。这些峰的强度作为温度的函数而降低,而线宽表现出复杂而奇特的行为。在低抽运下,在所研究的整个温度范围内,所有峰的宽度保持相当窄($< 0.1$ meV),$4 - 30K$。在较强的泵浦下,线宽随温度的升高先增大后减小。泵浦-探测实验表明,在激子衰减,$< 10$ ps和$15 - 45ns$的两个特征的时间尺度,分别。我们解释所有这些数据之间的相互作用的激子重组的光锥,激子弛豫从非辐射水库的光锥,和非辐射激子的热解离。低能量激子线的加宽由与库激子的辐射复合和散射决定,而对于较高能量状态,线宽还取决于声学声子弛豫过程。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin dynamics of electrons and holes in InGaAs/GaAs quantum wells at milliKelvin temperatures
用时间分辨法拉第旋转和椭圆率技术研究了n掺杂(In,Ga)As/GaAs量子阱中载流子自旋动力学,温度范围为430毫开尔文。这些技术给出了非常不同的光谱依赖性的数据,但从这些数据中可以获得关于自旋动力学的一致信息,与理论预测一致。讨论了激子共振激发和激子共振激发下长寿命自旋相干产生的机制。我们证明,载流子局域化导致自旋弛豫时间的饱和在45 ns的电子低于4.5 K和在2 ns的空穴低于2.3 K。基本的自旋弛豫机制进行了讨论。
2010-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Hyperfine interaction in InAs/GaAs self-assembled quantum dots : dynamical nuclear polarization versus spin relaxation
研究了超精细相互作用对自组装InAs/GaAs量子点中单电荷激子X+和X-光学取向的影响。所有测量都是在低温下通过显微光致发光研究的单个量子点上进行的。我们表明,超精细相互作用导致一个有效的部分自旋弛豫,在50 kHz调制激发极化,但由于动态核极化在稳定的光泵浦条件下,这成为强烈抑制。这种光学产生的类磁核场在与纵向施加场相反的方向上产生时可以变得非常强(高达~4 T),并且然后表现出双稳态状态。这种效果是很好地描述了一个理论模型,在微扰的方法,它揭示了电子自旋翻转的能量成本在总磁场中发挥的关键作用。最后,我们强调了X+和X-三重离子在超精细相互作用方面的异同,这与理论描述是完全一致的。
2009-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lifetime of sub-THz coherent acoustic phonons in a GaAs-AlAs superlattice
我们测量了用飞秒激光脉冲激发和探测的GaAs-AlAs超晶格中的区心340 GHz纵向声子模的寿命。通过比较在室温和液氮温度下进行的测量,我们分离的固有(声子-声子散射)和非固有的贡献声子弛豫。估计室温下的固有寿命为0.95纳秒相比,散装GaAs的计算和实验数据。结果表明,室温下~ 0.3THz声子处于Akhiezer区和Landau-Rumer区的声子-声子弛豫过渡区。
2012-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation in $n$-type GaAs quantum wells with transient spin grating
通过求解动力学自旋Bloch方程,研究了(001)GaAs量子阱中自旋极化周期性变化的瞬态自旋光栅的时间演化.通过这项研究,我们可以同时研究自旋输运和自旋弛豫的性质。自旋信号的傅立叶分量以两个衰减速率$1/τ_+$和$1/τ_-$双指数衰减。在高温状态下,这两个速率的平均值随光栅波矢$q$二次变化,即,$(1/τ_++1/τ_-)/2=D_sq^2+1/\tildeτ_s$,其中$D_s$和$\tildeτ_s$分别表示自旋扩散系数以及面外和面内自旋弛豫时间的平均值。计算得到的$τ_{\pm}$与Weber { \em et al.} [Phys. Rev. Lett. { \bf 98},076604(2007)]。通过比较考虑电子-电子库仑散射和不考虑电子-电子库仑散射的$D_s$,计算了库仑阻力对自旋扩散系数的贡献。利用瞬态自旋光栅结果,进一步揭示了自旋扩散系数$D_s$、自旋弛豫时间$τ_s$和自旋注入长度$L_s$等特征参数之间的关系.我们发现,在存在的Dresselhaus和/或Rashba自旋轨道耦合,广泛使用的关系$L_s=\sqrt{D_sτ_s}$一般是不准确的,甚至可以是非常错误的,在某些特殊情况下。提出了一种从瞬态自旋光栅信号中提取稳态输运特征参数的精确方法。
2008-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic spin relaxation revealed by resonant spin amplification in (110) GaAs quantum wells
利用共振自旋放大(RSA)技术研究了GaAs/AlGaAs量子阱中[110]方向生长的高迁移率二维电子系统(2DES)的自旋退相.从RSA光谱的特征形状,我们能够提取的自旋退相时间(SDT)的电子自旋沿生长方向或样品平面内对齐,以及$g$因子。我们观察到一个强大的各向异性的自旋退相时间。当温度在4 K和50 K之间变化时,面内SDT几乎保持恒定,而面外SDT在约25 K的温度下显示出急剧增加,并达到约100 ns的值。在4 K的SDTs可以进一步增加额外的,弱以上的障碍照明。讨论了这一现象的起因,认为SDT的增强是由于电子气和远程施主之间载流子的重新分布。
2012-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
L-valley Electron Spin Dynamics in GaAs
光学取向实验已在GaAs外延层与光激发能量在3 eV的区域产生的自旋极化电子在卫星L谷的光生。我们表明,一个显着的电子自旋存储器的一部分可以保存时,电子从L散射的$Γ$谷能量弛豫几百毫电子伏。结合这些高能量的光激发实验与时间分辨的光致发光光谱的$Γ$谷自旋极化光生电子允许我们推导出一个典型的L谷电子自旋弛豫时间为200 fs,与理论计算一致。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ionized Impurity Screening on Spin Decoherence at Low and Intermediate Temperatures in GaAs
本文研究了{ \it n}型GaAs中带电杂质屏蔽对自旋退相干的影响,并详细分析了在线性化的GaAs-Fermi屏蔽理论中采用不同玻恩近似的影响。自旋弛豫时间的计算采用系综蒙特卡罗方法,包括电子-电子,电子-杂质,和电子-声子散射。我们仔细选择一个参数区域,使所有的物理近似举行,特别是,汤川型潜在的可以用来描述屏蔽库仑相互作用和玻恩级数收敛。我们的研究结果表明,包括二阶玻恩近似产生更短的自旋弛豫时间相比,通常实施的第一玻恩近似:自旋弛豫时间可能会减少数百皮秒,与第一玻恩近似高估结果的30%或更多的参数的大区域。虽然我们的系综蒙特卡罗模拟包括电子-电子和电子-声子相互作用,当考虑低到中等载流子密度和$T > 50 $ $\mathrm{K}$,但$T$小于费米温度时,我们的结果与Dyakonov-Perel理论很好地一致,当这只包括电子-杂质相互作用时,其支持这是在该低-中温区域中体GaAs的最相关的散射机制。
2016-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of type-II GaAs$_{1-x}$Sb$_{x}$/GaAs quantum rings for applications in intermediate-band solar cells
从中间带太阳能电池(IBSC)应用的角度出发,对II型GaAs $_{1-x}$ Sb $_{x}$ /GaAs量子环(QRs)的电子性质进行了理论分析.给出了无限深圆柱形QR的薛定谔方程的解析解,描述了QR基态的演化过程。使用这个分析模型来阐明一般方面的电子性质的QR码,我们进行多频带$\textbf{k} \cdot \textbf{p}$计算-包括应变和压电效应-为现实的GaAs $_{1-x}$ Sb $_{x}$ /GaAs QR码。我们的$\textbf{k} \cdot \textbf{p}$计算证实,在GaAs $_{1-x}$ Sb $_{x}$ /GaAs QR中的大的II型带偏移提供了强的空穴限制,并进一步表明存在共振(准束缚)电子状态,其定位在QR的中心。从IBSC设计的角度来看,计算的电子性质证明了几个优点,包括(i)大的空穴电离能量,减轻来自中间带的电子发射,以及(ii)电子-空穴空间重叠超过常规GaAs $_{1-x}$ Sb $_{x}$ /GaAs QD中的电子-空穴空间重叠,具有通过QR形态设计这些重叠的潜力,以便管理光学吸收和辐射复合之间的权衡。总的来说,我们的分析突出了从能带结构工程的角度来看QR几何结构所提供的灵活性,并确定了QR合金成分和形态的特定组合,其为基于QR的IBSC提供了优化的子带隙能量。
2020-06-10 cond-mat.mtrl-sci
The equilibrium shape of InAs quantum dots grown on a GaAs(001) substrate
推导了GaAs(001)衬底上外延生长的应变InAs量子点的平衡形状与体积的关系。在密度泛函理论中计算了InAs的表面能,并采用连续介质方法计算了弹性弛豫能.
1996-07-19 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Growth and Strain Relaxation Mechanisms of InAs/InP/GaAsSb Core-Dual-Shell Nanowires
纳米线异质结构中的核/壳几何结构和带隙工程的组合可以用于实现具有新颖的传输和光学性质的系统。在这里,我们报告了通过无催化剂化学束外延在Si(111)衬底上生长InAs/InP/GaAsSb核双壳纳米线的情况。通过扫描和透射电子显微镜和能量色散X-射线光谱法进行了详细的形态,结构和成分分析的纳米线作为生长参数的函数。此外,结合扫描透射电镜-莫尔技术和几何相分析,我们研究了该系统中的残余应变和弛豫机制。我们发现,只有当标称厚度大于1 nm时,InP壳面才沿所有结晶方向发育良好,这表明了岛状生长模式。此外,晶体学分析表明,InP和GaAsSb壳几乎相干生长的InAs核心沿112方向和弹性压缩沿110方向。当InP壳层厚度大于8 nm时,界面处出现位错和粗糙化。该研究为基于这些核-双壳纳米线的高质量器件的制造提供了有用的一般指导。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ka-band Microwave on the spin dynamics of electrons in a GaAs/Al0.35Ga0.65As heterostructure
本文报道了Ka波段微波对GaAs/Al_(0.35)Ga_(0.65)As异质结二维电子系统中电子自旋动力学的影响。当微波的频率接近于电子在磁场中的塞曼分裂时,微波降低了体GaAs的横向自旋寿命,而在2D电子系统中,微波显著增加了电子的横向自旋寿命,从745 ps增加到1213 ps。这种微波增强的自旋寿命归因于微波诱导的电子散射,这导致通过DP机制的自旋运动变窄。
2009-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the potential within a nanoscale undoped GaAs region using a scanning electron microscope
近年来,在扫描电子显微镜(SEM)中使用次级电子成像的半导体掺杂剂剖析已经被开发。在本文中,我们表明,它背后的机制也允许映射的未掺杂区域的电势。本文利用GaAs/AlGaAs非偏置异质结,直接观测了90 nm宽的未掺杂GaAs沟道内的静电势变化。的次级电子发射强度进行了比较与二维数值解的电势。
2004-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Conduction electrons in acceptor-doped GaAs/GaAlAs heterostructures: a review
我们回顾了GaAs/GaAlAs异质结构中的磁光和磁输运效应,在GaAs量子阱中掺杂GaAlAs势垒与施主,提供二维电子气,并在2DEG附近另外掺杂少量的受主(主要是Be原子)。也可以处理残余受体(主要是C原子)。这种系统在磁场存在下的行为明显不同于在2DEG附近掺杂施主的那些。
2016-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Theory of excitons in cubic III-V semiconductor GaAs, InAs and GaN quantum dots: fine structure and spin relaxation
系统研究了立方Ⅲ-Ⅴ族半导体GaAs、InAs和GAN量子点中激子的精细结构,通过建立有效激子哈密顿量,计算了GAN量子点中激子的自旋弛豫。电子-空穴交换相互作用哈密顿量,其中包括长和短范围的部分,推导出的有效质量近似内,考虑到传导,重和轻空穴带,特别是分裂带。在这项工作中应用的计划允许在强和弱限制制度的激子的描述。证明了无微扰地处理电子-空穴直接库仑相互作用的重要性。我们在我们的计算表明,光洞和分裂带是可以忽略不计的激子精细结构时,即使是GAN量子点,和短程交换相互作用是无关紧要的,当考虑光学活性的二重分裂。我们指出,在许多以前的工作中被忽略的长程交换相互作用,有助于亮态和暗态之间的能量分裂,与短程交换相互作用。强依赖于光学活性的双重分裂的各向异性的点形状的报告。大的双峰分裂高达600 $μ$ eV,甚至高达几个毫电子伏的小点尺寸与大的各向异性,在GAN量子点。计算了GAN量子点中最低两个光学活性激子态之间的自旋弛豫,显示出对量子点各向异性的强烈依赖性。报道了GAN量子点的长激子自旋弛豫时间。这些结果与实验结果吻合得很好。
2011-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wannier interpolation of the electron-phonon matrix elements in polar semiconductors: Polar-optical coupling in GaAs
本文将电子-声子矩阵元的Wannier插值推广到极性半导体中的偏振光耦合情形。我们验证我们的方法发展对实验,通过计算的电子带的宽度,由于电子-声子散射GaAs,原型极性半导体。计算的宽度,然后用来估计在GaAs中的临界点处的激子的加宽和热电子的电子-声子弛豫时间。我们的研究结果与现有的实验数据吻合得很好。最后,我们表明,虽然Fröhlich相互作用是主要的散射过程的电子/空穴接近谷最小值,在协议与低场传输结果,在较高的能量,谷间散射占主导地位的热电子或空穴的弛豫动力学。极化光耦合的插值能力为半导体和热电材料的光吸收和输运性质的计算开辟了新的前景。
2015-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin decoherence in n-type GaAs: the effectiveness of the third-body rejection method for electron-electron scattering
本文用EnergyMonteCarlo方法研究了室温下中等电子密度下n型GaAs体材料的自旋退相干。我们证明了Ridley提出的第三体排斥方法可以成功地应用于EnergyMonteCarlo算法,并用于解决电子-电子对自旋退相干的贡献问题.
2014-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci