Exchange-driven magnetoresistance in silicon facilitated by electrical spin injection
我们使用电自旋注入探测磷掺杂硅（Si：P）中的交换相互作用。的检测是通过磁阻效应，证明了交换的效率，在压印自旋信息从磁铅到本地化的时刻在Si：P区域。在电学汉勒效应测量中，实验观察到了一种只存在于低温下的独特的洛伦兹形信号（$\lesssim 25 K$），并对其进行了理论分析。它源于Si：P中的中性杂质对电子的自旋相关散射。该信号的形状与自旋弛豫没有直接关系，而是与位于相邻杂质上的自旋极化电子之间的相互作用有关。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin injection in Silicon at zero magnetic field
在这封信中，我们显示了有效的电自旋注入到一个SiGe基\textit{p-i-n}发光二极管从一个垂直磁化的铁磁接触的reversed状态。通过氧化铝隧道势垒从Co/Pt薄膜进行电子自旋注入，该薄膜表现出强的面外各向异性。然后通过发射光的圆偏振来分析电子的自旋偏振。所有的光偏振测量在没有外部施加的磁场\textit{i.e.}的情况下在反磁状态下进行。作为磁场的函数的光偏振紧密地追踪Co/Pt注入器的面外磁化。在5 K时，可以获得3%的圆偏振度.此外，这种光偏振至少在高达200 K时几乎保持恒定。
2009-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Two-photon Indirect Optical Injection and Two-color Coherent Control in Bulk Silicon
利用体硅中电子态的经验赝势描述和声子态的绝热键荷模型，我们从理论上研究了载流子和自旋的双光子间接光注入以及注入载流子和自旋运动的双色相干控制。对于双光子间接载流子和自旋注入，我们确定了在4K和300 K下带边跃迁的选择规则、各导带谷的注入以及各声子支的注入.在4 K时，低光子能量下，注入过程主要是TA声子辅助的跃迁，而高光子能量下则是TO声子辅助的跃迁。在300 K时，前者在所有感兴趣的光子能量处占主导地位。载流子注入表现出相对于光传播方向的各向异性和线圆二色性。对于沿$<001>$方向传播的光，载流子注入表现出谷各向异性，并且注入到$Z$导带谷中的载流子大于注入到$X/Y$谷中的载流子。对于沿$<001>$（$<111>$）方向传播的$σ^-$光，自旋极化度在4 K和300 K分别给出了约20%（6%）和-10%（20%）的最大值，并且在两个温度下由于不同声子分支的贡献，在注入边缘附近显示出丰富的结构。对于由一个基频及其二次谐波组成的入射光场的双色相干电流注入，计算了4 K和300 K下电子（空穴）电荷和自旋电流的响应张量。我们展示了三种不同极化情况下的电流控制。最大群速度的光谱依赖性表明，在光子能量的增加下，电荷电流的方向反转。
2011-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Electrical injection and detection of spin-polarized electrons in silicon through an Fe_3Si/Si Schottky tunnel barrier
我们利用外延生长的Fe_3Si/Si肖特基隧道势垒接触实现了自旋极化电子在硅中的电注入和探测。通过在铁磁Fe_3Si/Si接触和Si沟道（~ 10^15 cm^-3）之间的界面附近插入δ掺杂的n^+-Si层（~ 10^19 cm^-3），我们实现了Fe_3Si/Si肖特基二极管反向偏置特性的隧道电导的显著增强。利用横向制备的四探针结构和改进的Fe_3Si/Si接触，我们在低温下探测了Si沟道中自旋积累引起的非局域输出信号。
2009-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contactless determination and parametrization of charge carrier mobility in silicon as a function of injection level and temperature using time-resolved THz spectroscopy
在这里，我们分析了在非接触的方式载流子迁移率作为注入水平和温度的函数在硅中的时间分辨太赫兹光谱（TRTS）和参数化我们的数据由经典的半经验模型的Klaassen和Dorkel & Leturcq。我们的实验结果与Krausse和Dännhauser采用基于接触的方法分析这种现象的开创性工作非常一致。这种协议，验证我们的方法，只能通过考虑载流子扩散效应后，上述带隙近表面泵浦光激发的样品。从我们的结果，在大范围的注射水平，我们得出结论，Klaassen模型是最好的描述在室温下收集的数据。此外，我们还利用TRTS分析了在一定注入水平下，载流子迁移率随温度的变化关系。同样，由Klaassen的经典模型所做的参数化适当地描述了我们的数据，即使没有应用任何拟合参数的必要性（仅以载流子密度作为输入）。在这方面，我们的工作支持Klaassen提出的模型和参数化的有效性，也说明了如何TRTS可以可靠地用于定量测定半导体中的迁移率作为注入水平和温度等关键参数的函数。
2023-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Beam Manipulation of Silicon Dopants in Graphene
使用扫描探针显微镜直接操纵材料中的单个原子是纳米技术的一项开创性成就。在成像分辨率和样品稳定性方面的最新进展使扫描透射电子显微镜成为共价键合材料单原子操作的一种有前途的选择。使用原子聚焦电子束的开创性实验已经证明了硅原子在石墨烯晶格内的少数位置上的定向运动。在这里，我们实现了更大程度的控制，使我们能够沿着延伸的路径精确地移动硅杂质，循环单个六边形，或者在两个石墨烯子晶格之间来回移动。即使是手动操作，我们的操作速度也已经可以与任何原子级精确技术的最新水平相媲美。我们进一步探索电子能量对操纵速率的影响，通过改进的理论模型考虑到杂质附近原子的振动，并实现反馈来实时检测操纵事件。除了对其结构和性质进行原子级工程设计外，石墨烯还为改进定量模型的准确性和开发自动化操作提供了一个极好的平台。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spin Injection into Silicon and the Role of the Schottky Barrier
在硅中实现自旋功能，以及理解自旋注入和检测的基本过程，是自旋电子学的主要挑战。在这里，我们展示了大自旋极化在室温下，34%的n型和10%的p型退化硅带，使用窄肖特基和SiO2隧道势垒中的直接隧穿制度。此外，通过增加非简并p型Si中肖特基势垒的宽度，我们观察到在低偏压下Hanle信号的系统符号反转。自旋注入和检测过程中的这种戏剧性的变化与增加的肖特基势垒电阻可能是由于在界面态的自旋从硅的体能带的去耦，产生从直接到局域态辅助隧穿的过渡。我们的研究提供了一个更深入的了解自旋输运现象，这应该被认为是电自旋注入到任何半导体。
2014-03-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Mechanism of electron-beam manipulation of single dopant atoms in silicon
掺杂剂原子在大块晶格中的精确定位可以在包括固态传感和量子计算在内的领域中实现新的应用。已建立的扫描探针技术是用于操纵表面原子的有能力的工具，但由于它们需要使物理尖端与样品接触而处于劣势。这引起了人们对电子束技术的兴趣，随后是第一个在晶体硅中操纵铋掺杂剂的原理验证实验。在这里，我们使用第一性原理建模，发现一种新的间接交换机制，允许电子的影响，非破坏性地移动掺杂剂与原子精度内的硅晶格。然而，这种机制只适用于两个最重的V族捐助者与分裂空位配置，Bi和Sb。我们验证我们的模型，通过直接成像这些配置为Bi，并通过证明，有前途的核自旋量子位Sb可以使用聚焦电子束操纵。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
All-optical spin injection in silicon revealed by element specific time-resolved Kerr effect
了解自旋电流如何在皮秒和飞秒时间尺度下流过金属-半导体界面，对超快自旋电子学，数据处理和存储应用具有重要意义。然而，直接访问的自旋电流在这样的时间尺度上的传播的可能性已受到阻碍，同时缺乏超快元件特定的磁敏感探针和定制的金属-半导体界面。在这里，通过自由电子激光为基础的元素敏感克尔光谱，我们报告的直接实验证据的自旋电流在Ni/Si界面的形式不同的磁动力学在Ni M2，3和Si L2，3的吸收边。这进一步允许我们计算硅中自旋电流的传播速度，其在0.2 nm/fs的量级上。
2021-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Comment: "Electrical injection and detection of spin accumulation in silicon at 500 K with magnetic metal / silicon dioxide contacts" [Nature Commun. 2:245 doi:10.1038/ncomms125 (2011)]
在最近的一篇出版物中，我们使用三端几何结构中的铁磁金属/ SiO2隧道势垒接触，在高达500 K的温度下演示了n型硅中的电自旋注入和检测（Nature Commun. 2：245 doi：10.1038/ncomms125（2011））。在将我们测量的自旋电压信号与理论预测的值进行比较时，我们遵循Tran等人的分析（Phys. Rev. Lett. 102，036601（2009）），并且无意中传播了其中发现的错误。正如他们在最近的勘误表（arXiv：0810.4770v2）中所指出的，对于自旋扩散长度LSD远小于接触宽度或沟道厚度（我们的实验情况）的样品，自旋电阻面积乘积的正确表达式由乘积{gamma}^2 {rho} LSD给出，其中{gamma}是隧穿自旋极化，{rho}是半导体输运沟道的电阻率。通过这种校正，我们测量的自旋电压比理论预测的要大得多，而不是像我们所说的那样很好地一致。我们强调，我们的论文的基本结论是相同的-系统的电子自旋寿命随着电子密度的增加而减少，这表明自旋积累在Si沟道中，而不是在界面态中。我们进一步表明，所测量的自旋寿命基本上是独立的隧道势垒材料（SiO2，Al 2 O3，MgO）或所使用的磁性金属（Fe，CoFe，NiFe），表明明确的相关性所测量的自旋寿命与Si的字符，并与隧道势垒/界面或磁性金属的相关性不大。
2011-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Strain-based Spin Manipulation on Substitutional Nickel in Silicon Carbide
采用全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法和全势局域轨道最小基（FP-LOMB）方法，在广义梯度近似（GGA）下，研究了多型碳化硅（SiC）中Ni和Cr单掺杂的电子结构和磁性.发现缺陷的磁相强烈地依赖于超晶胞上的外部应力。在3C-SiC中，Ni单掺杂剂在Si-sub和C-sub情况下在适度的压缩和拉伸静水应变下表现出反铁磁（AFM）到铁磁（FM）的转变。相比之下，在4 H-SiC中的Ni单掺杂剂在外部应力下稳定地处于α相。Cr单掺杂剂也对施加的应力不敏感，但稳定地处于磁性相中。这种应变控制的磁性转变使得Ni单掺杂成为一种新颖的量子比特方案。
2016-07-02 cond-mat.mtrl-sci
35% magnetocurrent with spin transport through Si
自旋极化电子有效注入硅的导带受到铁磁金属（FM）/硅界面处硅化物形成的限制。在目前的工作中，这种“磁死”硅化物（强自旋散射显着降低注入自旋极化）被消除移动的FM在自旋注入器从隧道结基极阳极的发射极阴极和远离硅表面。这导致自旋注入效率增加了一个数量级，从先前报道的~2%到~35%的磁流比，以及Si中估计的自旋极化从~1%到至少~ 15%。还测量了这种自旋输运信号的注入器隧道结偏置依赖性，证明了低偏置电压对保持高注入自旋极化的重要性。
2007-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrical charge state manipulation of single silicon vacancies in a silicon carbide quantum optoelectronic device
具有长寿命自旋的色心是量子传感和量子信息应用的既定平台。色心存在于不同的电荷状态中，它们中的每一个都具有不同的光学和自旋性质。量子技术的应用需要能够访问和稳定每个特定任务的电荷状态。在这里，我们调查的电荷状态操纵的个别硅空位在碳化硅，一个系统，最近显示了一个独特的组合的长自旋相干时间和超稳定的自旋选择性光学跃迁。特别是，我们展示了电荷状态切换通过施加到颜色中心的偏置在一个集成的碳化硅光电器件。我们表明，所定义的掺杂分布和其他缺陷在设备中的分布的电子环境中起着关键作用的电荷状态控制。我们的实验结果和数值模拟的证据表明，控制这些复杂的相互作用，在一定条件下，可以提高光子发射率。这些发现开辟了确定性控制的自旋活性的颜色中心的量子技术的电荷状态的方式，并提供了新的技术，用于监测掺杂分布和电压传感的微观设备。
2019-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin lifetime in silicon in the presence of parasitic electronic effects
一种混合铁磁体/半导体器件用于确定硅中传导电子自旋寿命的下限。我们使用自旋旋进来自洽地测量自旋极化电子的漂移速度与漂移场，并使用这种电子控制来改变电子注入和检测之间的渡越时间。作为漂移速度的函数的归一化磁流的测量与一个简单的指数衰减模型一起使用，以论证所获得的寿命（~2 ns）被电子效应人为地降低，并且可能高出几个数量级。
2007-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A new method for measuring excess carrier lifetime in bulk silicon: Photoexcited muon spin spectroscopy
我们用光激发μ子自旋谱测量了硅中光注入的过剩载流子寿命。正μ子深深地植入晶片中可以与过量载流子相互作用，并直接探测体载流子寿命，同时最大限度地减少表面复合的影响。该方法是基于μ子自旋不对称性的弛豫速率，这取决于过剩载流子浓度。通过模拟光照下硅中的四态μ介子模型，了解了其微观机制。我们将该技术应用于不同的注入水平和温度，并证明其注入和温度依赖的寿命光谱的能力。
2017-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Silicon as a model ion trap: time domain measurements of donor Rydberg states
量子物理学最伟大的成就之一是描述了原子和离子的长寿命里德伯态。玻尔模型同样适用于半导体物理学中的施主杂质原子，其中导带对应于真空，并且根据通常的玻尔-索末菲公式，围绕单电荷核心的松散束缚电子具有类似氢的光谱，由于小的有效质量和高介电常数而移动到远红外。自脉冲可见光激光光谱学发展以来，利用单光子和多光子过程对自由原子和离子的里德伯态进行操纵已经取得了巨大的成果。类似的操作还没有进行硅中的施主杂质。在这里，我们使用的FELIX脉冲自由电子激光进行时域测量的里德伯态动力学在磷和砷掺杂的硅，我们已经获得了寿命与频域线宽同位素纯化硅一致。这意味着，占主导地位的退相干机制激发里德伯态的寿命加宽，就像在离子阱中的原子。这些实验很重要，因为它们代表了在最常见的半导体中对类原子量子能级进行相干控制和操纵的第一步，并补充了文献中的磁共振实验，这些实验显示出非常长的自旋晶格弛豫时间，这是许多众所周知的量子计算量子比特方案的关键。我们的研究结果，再加上磁共振数据和进展，在精确放置的单一杂质，表明掺杂硅，现代微电子学的基础，也是一个模型离子阱。
2008-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electronic measurement and control of spin transport in Silicon
电子自旋寿命和扩散长度是定义自旋电子器件和电路中相干性尺度的输运参数。由于这些参数在半导体中比在金属中大许多数量级，半导体可能是最适合于自旋电子学的。到目前为止，自旋输运仅在直接带隙半导体或与磁性半导体组合中测量，不包括具有间接带隙的广泛非磁性半导体。在这一组中最值得注意的是硅（Si），它（除了其在电子领域的市场地位）长期以来一直被预测为自旋电子学的优良半导体，由于低自旋轨道散射和晶格反转对称性，它具有增强的寿命和扩散长度。尽管其令人兴奋的承诺，在Si中的相干自旋输运的演示仍然难以捉摸，因为大多数实验集中在磁阻器件;这些方法失败，因为普遍的阻抗失配的障碍，并被洛伦兹磁阻和霍尔效应。在这里，我们展示了导带自旋输运跨越10微米未掺杂的硅，通过使用自旋相关的弹道热电子过滤通过铁磁薄膜的自旋注入和检测。不基于磁阻，热电子自旋注入和检测避免了阻抗失配问题，并防止寄生效应的干扰。因此，干净的集电极电流显示了自旋进动的独立的磁和电控制，并证实了硅导带中的自旋相干漂移。
2007-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron-Beam Manipulation of Silicon Impurities in Single-Walled Carbon Nanotubes
最近的发现，杂质原子在晶体中可以操纵与聚焦电子辐照打开了新的前景自上而下的原子工程。这些成就是由于电子光学和显微镜稳定性的进步，以及通过离子和电子束照射或化学方法制备含有杂质元素的合适材料。在这里，它示出了硅杂原子通过等离子体辐射引入到单壁碳纳米管（SWCNT）的晶格中，可以使用聚焦的55-60 keV的电子探针针对相邻的碳位点进行操作。移动的硅原子主要是沿着大的2.7 nm直径的管的纵轴，超过90个控制的晶格跳跃记录和相关的位移截面估计。分子动力学模拟表明，即使在2 nm的单壁碳纳米管的阈值能量的平面外动力学是不同的比在石墨烯，并取决于硅-碳键相对于电子束的取向，以及本地键合的位移碳原子和它的邻居。其中电子波函数比在二维材料中更严格地受限的SWCNT的原子级工程可以使得能够制造可调谐电子谐振器和其它装置。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Band Structure of EuO/Si Spin Contact: Justification for Silicon Spintronics
硅自旋电子学需要将自旋极化载流子注入Si中。一种新兴的方法是从铁磁半导体直接电注入- EuO是首选。EuO/Si自旋接触的功能由界面能带排列决定。特别地，带偏移应落在0.5-2 eV范围内。我们采用软X射线ARPES探测的电子结构的掩埋EuO/Si界面的动量分辨率和化学特异性。的能带结构揭示了1.0 eV的导带偏移证明的技术潜力的EuO/Si系统。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature evolution of spin accumulation detected electrically in a nondegenerated silicon channel
本文研究了在非简并硅沟道中利用三端Hanle效应测量得到的自旋积累信号的温度演化。我们发现自旋提取和自旋注入条件之间的温度依赖的自旋信号的明显差异。在具有低偏置电流的自旋注入条件下，尽管温度升高，自旋信号的幅度仍可以增强。对于温度相关的自旋信号的解释，重要的是要考虑的自旋检测的灵敏度在肖特基隧道势垒接触除了在Si中的自旋扩散。
2012-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced photovoltaic effect in graphene-silicon Schottky junction under mechanical manipulation
石墨烯-硅肖特基结（GSJ）具有大规模制造和集成的潜力，为肖特基太阳能电池的光伏功率转换带来了新的机遇。然而，这些器件的基本功率转换限制在于小的开路电压（$V_{oc}$），这取决于肖特基势垒高度（SBH）。在这项研究中，我们介绍了一种机电方法的基础上挠曲电效应，以提高光伏效率在GSJ。利用原子力显微镜针尖压入和原位电流测量，获得了弯曲电应变梯度下的电流-电压（I-V）响应。观察到$V_{oc}$增加高达20 $\%$，导致功率转换效率的明显改善。我们的研究表明，应变梯度可能会提供前所未有的机会，GSJ为基础的柔性光伏应用的发展。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theory of Spin-Dependent Phonon-Assisted Optical Transitions in Silicon
本文提出了硅中自旋极化与发光关系的理论。该理论为导带和价带边之间的声子辅助光学跃迁提供了直观的关系。结果表明，纵向和横向光学声子辅助跃迁的相反行为是最近的自旋注入到硅的实验结果负责。详细研究了自旋轨道耦合和掺杂的影响。
2010-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Non-ohmic spin transport in n-type doped silicon
利用面内自旋阀和垂直磁场测量方法研究了自旋极化电子在n型掺杂硅中的注入和输运过程。跨输运层施加的电压用于改变由导带弯曲引起的限制电势，并控制漂移和扩散之间的主导输运机制。通过在该器件中使用Monte-Carlo方案建模传输，我们模拟了所观察到的自旋极化和Hanle特征，表明通过施加电压可以将短Si传输层的平均渡越时间控制在4个数量级以上。因此，这种建模允许推断的电子自旋寿命长，尽管过境长度短。
2008-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin-Dependent Recombination between Phosphorus Donors in Silicon and Si/SiO2 Interface States Investigated with Pulsed Electrically Detected Electron Double Resonance
我们研究的自旋物种相关的自旋相关的复合用于电读出的相干自旋操纵在磷掺杂硅。通过脉冲电探测磁共振多频抽运探测实验，我们证明了在磷施主和Si/SiO2界面态之间存在自旋相关的复合跃迁。在不同的微波频率组合脉冲，使我们能够选择性地解决参与重组过程中的两个自旋子系统，并相干操纵和检测的两个重组伙伴的相对自旋取向。
2010-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Room temperature coherent manipulation of single-spin qubits in silicon carbide with a high readout contrast
碳化硅（SiC）中的自旋缺陷随着成熟的晶圆级制造和微/纳米加工技术而引起了人们的广泛关注。虽然已经证明了SiC中色心的室温单自旋操纵，但是通常检测到的对比度小于2%，并且光子计数率也很低。在这里，我们提出了在环境条件下，具有高读出对比度（~ 30%）和高光子计数率（每秒150千计数）的4 H-SiC中的单双空位自旋的相干操纵，这与金刚石中的氮空位（NV）中心竞争。还观察到单个缺陷自旋与附近核自旋之间的耦合。通过对缺陷能级和衰减路径的分析，我们进一步从理论上解释了高读出对比度的原因。由于高读出对比度在量子技术的许多应用中至关重要，因此这项工作可能为具有许多先进性能的主体材料的SiC基量子器件开辟新的领域。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hetero-epitaxial EuO Interfaces Studied by Analytic Electron Microscopy
在几乎完全自旋极化的情况下，铁磁半导体一氧化铕可以通过向硅中提供有效的欧姆自旋注入来实现下一代自旋电子器件。自旋注入在很大程度上受到注入器和硅之间的界面质量的影响。在这里，我们使用原子分辨率扫描透射电子显微镜结合电子能量损失谱直接对一系列EuO进行成像和化学表征|Si和EuO| YAlO3界面制作使用不同的生长条件。我们确定了存在的铕硅化物和地区的障碍，在EuO|硅界面，缺陷，可以显着降低自旋注入效率通过自旋翻转散射。
2013-08-05 cond-mat.mtrl-sci
In-situ coating of silicon-rich films on tokamak plasma-facing components with real-time Si material injection
本研究在DIII-D托卡马克中通过杂质颗粒注入器注入硅弹丸，验证了实时材料注入可在偏滤器面向等离子体部件上原位形成富硅涂层，为长脉冲反应堆的PFC涂层实时补充提供了可行技术路径。
2023-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Low-field microwave absorption and magnetoresistance in iron nanostructures grown by electrodeposition on n-type lightly-doped silicon substrates
在本研究中，我们研究了电沉积在轻掺杂（100）n型硅衬底上的铁纳米团簇的磁性、表面形貌和晶体结构。我们的目标是研究Fe/Si横向结构中的自旋注入和探测。在电渗流下获得的样品的特征在于通过磁阻和磁共振测量与循环扫描施加的场，以了解在所产生的样品中的自旋动力学。在磁共振谱中观察到的磁滞现象，加上在非饱和状态下确认低场微波吸收（LFMA）的宽峰的存在，与在磁阻曲线中发现的峰和斜率相关。结果表明，在低阻硅的长距离自旋注入和检测和磁共振技术在这里介绍了作为一个有前途的工具，用于分析电非接触磁阻样品。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of the spin relaxation of conduction electrons in silicon
采用一个真实的赝势模型研究了体硅中声子诱导的传导电子自旋弛豫。我们发现了一个令人惊讶的微妙的影响自旋弛豫在很宽的温度范围内的艾略特和Yafet过程的干扰，抑制的intravalley自旋翻转散射的意义，以前被认为是占主导地位的，大约120 K以上。计算的自旋弛豫时间$T_1$符合自旋共振和自旋注入数据，遵循$T^{-3}$温度依赖性。预测了$T_1$的谷各向异性和超热电子的自旋弛豫速率。
2009-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Direct epitaxial integration of the ferromagnetic semiconductor EuO with silicon for spintronic applications
电荷和自旋自由度强烈相互作用的材料提供了被称为自旋电子学的应用。在基于巨磁电阻效应的金属自旋电子学取得巨大成功之后，人们在发展较少的半导体自旋电子学方面投入了巨大的努力，特别是以生产三端自旋电子器件为目标，例如自旋晶体管。这种技术的最重要的先决条件之一是将自旋极化载流子从铁磁半导体有效地注入到半导体中，优选地是目前用于工业应用的半导体中的一种，例如Si -现代电子学的主力。铁磁半导体EuO一直被认为是磁性半导体与Si集成的最佳候选材料。尽管EuO被证明为有效的自旋注入到硅中提供了最佳条件，并且尽管付出了相当大的努力，但迄今为止尚未证明在没有任何缓冲层的情况下在Si上直接外延稳定化学计量的EuO薄膜。在这里，我们报道了一种在亚单层水平上控制EuO/Si界面的新技术，这可能对Si上功能氧化物的生长具有普遍意义。使用这种技术，我们解决了一个长期存在的问题，直接外延生长在硅上的薄EuO薄膜，表现出结构和磁性的EuO体材料。这一结果为发展全半导体自旋电子器件开辟了新的可能性。
2014-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature detection of spin accumulation in silicon across Schottky tunnel barriers using a MOSFET structure
利用一种具有高质量CoFe/n^+Si接触的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）结构，我们系统地研究了室温下掺杂浓度为~ 4.5*10^15cm^-3的非简并Si沟道中的自旋注入和自旋积累。通过向沟道施加栅极电压（V_G），我们获得足够的偏置电流（I_Bias）用于在沟道中产生自旋累积，并且即使在室温下也观察到清晰的自旋累积信号。而自旋信号的幅度通过增加I_Bias而增强，有趣的是，它通过增加V_G而减小。这些特征可以在常规自旋扩散模型的框架内理解。研究结果表明，在室温下不使用绝缘隧道势垒的非简并Si沟道自旋注入技术是一种新的自旋注入技术，它为具有栅电极的Si基自旋电子器件的应用提供了一种新的技术途径。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Investigation of Spin Transport Properties in Silicon by Using a Non-local Geometry
本文采用非局域几何方法系统地研究了8K下硅中的自旋输运性质。在非局域方案中的自旋注入信号被发现增加的偏置电流的演变成比例。利用Hanle型自旋进动信号的理论拟合表明，与其他自旋器件相比，Si中输运自旋的自旋极化受偏置电流变化的影响要小得多，这导致自旋信号具有独特的偏置依赖性.
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth of a Full-Heusler Alloy Co$_{2}$FeSi on Silicon by Low-Temperature Molecular Beam Epitaxy
为了实现硅中自旋极化电子的电注入和探测，我们采用低温分子束外延（LTMBE）技术在硅衬底上高度外延生长了铁磁全Heusler合金Co2FeSi薄膜。虽然原位反射高能电子衍射图像清楚地显示了生长温度为60、130和200 ℃时的二维外延生长，但横截面透射电子显微镜实验表明，在生长温度为130和200 ℃时，在Co_2FeSi与Si的界面附近存在Heusler合金以外的单晶相。另一方面，当T_G = 60 C时，获得了几乎完美的异质界面.这些结果和磁性测量表明，只有在T_G = 60 C时，才能在Si上高度外延生长Co_2FeSi薄膜。
2009-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Creation of Electron Spin Polarization in n-Type Silicon
在电子掺杂硅中将热量转化为自旋电流可以为自旋热电子学提供一条有希望的途径。在这里，我们创建一个电子自旋极化的n型硅的导带通过产生一个温度梯度的铁磁隧道接触。衬底加热实验诱导了95 $μ$ V的大自旋信号，对应于Seebeck自旋隧道机制在n型硅导带中的0.54 meV自旋分裂。自旋注入的热起源已被证实的二次缩放的自旋信号与焦耳加热电流和线性依赖于加热功率。
2014-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin injection from a half-metal at finite temperatures
结合随机矩阵理论、自旋扩散理论和紧束缚s-d模型的显式模拟，分析了热自旋无序下半金属电极的自旋注入。结果表明，有效的自旋注入从半金属是可能的，只要正常金属的有效电阻不超过一个特征值，这并不取决于半金属电极的电阻，而是由自旋翻转散射在界面处控制。该条件可以用公式表示为α<（1/L）/T，其中α是磁化强度与饱和的相对偏差，l和L是非磁性沟道中的平均自由程和自旋扩散长度，T是界面处的隧道势垒的透明度（如果存在）。紧束缚s-d模型计算证实了一般结论。一个粗略的估计表明，有效的自旋注入从真正的半金属铁磁体到硅或铜可能在室温下通过透明的界面。
2012-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear Spin Dynamics of Ionized Phosphorus Donors in Silicon
我们展示了在天然硅中的电离磷供体的核自旋的相干控制和电读出。通过将脉冲照明与相干电子自旋操纵相结合，我们选择性地根据其核自旋状态来选择性地掺杂施主，利用通过Si/SiO2界面处的自旋对的自旋依赖的复合过程。电离施主的核自旋相干时间为18 ms，比中性施主状态长两个数量级，使电离施主成为量子存储器的潜在资源。所提出的实验技术允许电离供体核自旋的光谱，增加电检测的电子核双共振的灵敏度超过两个数量级，并提供实验访问的平行电子自旋对的寿命。
2012-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Current-voltage characteristics of tunable ferromagnet-silicon-ferromagnet channels in the spin blockade regime
研究了在自旋封锁存在下具有可调发射极和集电极极化的铁磁-硅-铁磁沟道的恒定电流-电压特性，推广了Pershin Yu V和Di Jia M（2008 { \it Phys. Rev.} B { \bf 77} 073301）。解析地得到了临界电流对集电极和发射极极化的依赖关系。据发现，在通道中的电流幅度可以有效地调谐通过改变集电极和发射极铁磁极化之间的差异，这允许执行的电流在宽类的n-和p-掺杂，低-和高-欧姆耦合到铁磁引线的半导体通道的磁操纵。
2009-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-Resolution X-Ray Studies of the Direct Spin Contact of EuO with Silicon
铁磁半导体一氧化铕（EuO）被认为是一种有效的自旋注入器时，直接集成与硅。通过自旋选择性欧姆接触的注入要求界面EuO/Si的极好的结构质量。最近在制造无缓冲层EuO/Si结方面取得的突破要求对半导体之间的界面进行结构研究。非原位高分辨X射线衍射和反射率伴随着原位反射高能电子衍射揭示了界面处的直接耦合。XRD和XRR数据的组合分析提供了一个通用的结构模型。EuO/Si自旋接触的结构质量远远超过了以前的报道，从而向自旋电子学的最终目标迈进了一步。
2015-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial integration of the intrinsic ferromagnetic semiconductor GdN with silicon technology
下一代自旋电子学器件的一个主要挑战是实现铁磁半导体薄膜作为自旋注入器和探测器。金属无法有效地实现自旋极化载流子注入，再加上本征铁磁半导体的稀有性，这推动了对稀磁半导体的深入研究。其中最主要的是掺杂的III-V族化合物（Ga，Mn）As。这些材料具有许多缺点;它们（i）需要远高于溶解度极限的磁离子掺杂，以及（ii）必须被空穴掺杂至高于简并极限，从而阻止对载流子浓度和电荷符号的独立控制。在这里，我们展示了第一外延生长的一个最近的特点本征铁磁半导体，GdN，在硅衬底上，提供了一个重要的一步，将新的自旋电子学功能集成到硅基技术。薄膜的特征在于它们的生长向完全放松的GdN，其载流子的密度和流动性，以及它们的磁行为。
2010-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of spin accumulation signals in silicon at room temperature
我们演示了在室温下，在一个金属氧化物半导体场效应晶体管结构的Si沟道和CoFe/ $n^{+}$ -Si接触的栅极电压控制的自旋积累信号。在施加背栅电压的情况下，我们清楚地观察到三端汉勒效应信号，即，自旋累积信号。自旋累积信号的幅度可以随着栅极电压的增加而减小。我们认为，栅控自旋信号是由于CoFe/ $n^{+}$ -Si接触下Si沟道中载流子密度的变化引起的。这一研究不仅是硅基自旋电子器件应用于栅结构的技术飞跃，而且为室温下半导体硅沟道中的自旋注入提供了可靠的证据。
2011-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Color center fluorescence and spin manipulation in single crystal, pyramidal diamond tips
我们调查明亮的荧光氮（NV）和硅空位色心的金字塔，单晶金刚石尖端，这是商业上可作为原子力显微镜探针。我们用$T_2 = 7.7(3)\,μ$相干地操纵NV电子自旋系综。不同针尖高度的色心寿命表明有效的折射率效应和猝灭。使用数值模拟，我们验证了增强的光子率从发射器接近金字塔的顶点，扫描探头传感的情况下有希望的。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
