Electron spin relaxation in graphene with random Rashba field: Comparison of D'yakonov-Perel' and Elliott-Yafet--like mechanisms
为了理解石墨烯中自旋弛豫的主要机制，我们采用动力学自旋Bloch方程方法，研究了吸附原子和衬底诱导的随机Rashba场作用下的自旋弛豫.带电吸附原子一方面局部增强Rashba自旋轨道耦合，另一方面充当库仑势散射体。这两种效应都有助于由D 'yakonov-Perel'机制限制的自旋弛豫。此外，随机Rashba场还通过自旋翻转散射引起自旋弛豫，表现为Elliott-Yafet-like机制。这两种机制都对随机Rashba场的关联长度敏感，而随机Rashba场的关联长度可能会受到电子密度和温度等环境参数的影响。通过拟合和比较格罗宁根小组的实验[Józsa { \it et al.}，B { \bf 80}，241403（R）（2009）]和Riverside组[Pi { \it等人}，物理修订版信函{ \bf 104}，187201（2010）; Han和Kawakami，{ \it ibid.} { \bf 107}，047207（2011）]显示出D 'yakonov-Perel'-（自旋弛豫速率与动量散射速率成反比）或Elliott-Yafet-类（自旋弛豫速率与动量散射速率成正比）性质，我们认为D 'yakonov-Perel'机制主导石墨烯中的自旋弛豫。本文介绍了Jo { \it et al.} [Phys. Rev. B { \bf 84}，075453（2011）]也被我…
2012-02-13 cond-mat.mes-hall 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
Anomalous D'yakonov-Perel' spin relaxation in InAs (110) quantum wells under strong magnetic field: role of Hartree-Fock self-energy
研究了当Voigt组态中的磁场远强于自旋轨道耦合场时，Hartree-Fock自能作为有效磁场对InAs（110）量子阱中D 'yakonov-Perel'自旋反常弛豫的影响.横向和纵向自旋弛豫的解析和数值讨论。对于横向组态，发现自旋弛豫对Hartree-Fock有效磁场非常敏感，这与传统的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫有很大不同.即使是极小的自旋极化（$P=0.1\%$）也能显著影响自旋弛豫的行为。进一步揭示了这是由相互垂直的自旋轨道耦合场和强磁场引起的有效非均匀展宽的{ \em unique}形式引起的。结果表明，这种有效的非均匀加宽是非常小的，因此非常敏感的Hartree-Fock场。此外，我们还发现，在自旋极化依赖性中，横向自旋弛豫时间随着自旋极化度的增加而减小，这与传统的自旋弛豫总是被Hartree-Fock场抑制的情况有很大不同.结果表明，这种{ \em相反}的趋势来自HF场诱导的额外自旋弛豫通道。对于纵向组态，我们发现如果自旋极化方向平行于或反平行于磁场，Hartree-Fock场既可以抑制自旋弛豫，也可以增强自旋弛豫.
2013-11-01 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
Density dependence of spin relaxation in GaAs quantum well at room temperature
利用时间分辨圆偏振泵浦-探测光谱技术研究了室温下本征GaAs量子阱中电子自旋弛豫与载流子密度的关系。结果表明，自旋弛豫时间在较低密度区随密度的增加而增加，其中线性D 'yakonov-Perel'自旋-轨道耦合项占主导地位;当密度较大时，自旋弛豫时间随密度的增加而减小，立方D 'yakonov-Perel'自旋-轨道耦合项占主导地位.这些特征与Lü { \em et al.}的理论预测一致。[Phys. Rev. B { \bf 73}，125314（2006）]。一个完全微观计算的基础上数值求解动力学自旋布洛赫方程与D 'yakonov-Perel'和Bir-Aronov-Pikus机制，再现自旋弛豫的密度依赖性非常好。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Comment on "Photon energy and carrier density dependence of spin dynamics in bulk CdTe crystal at room temperature"
我们对Ma等人的结论进行了评论[Appl. Phys. Lett. { \bf 94}，241112（2009）]中，Elliott-Yafet机制在室温下本征体CdTe中的高载流子密度下比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。在自旋弛豫时间的密度依赖性中观察到的峰值正是我们在最近的工作中预测的[Phys. Rev. B { \bf 79}，125206（2009）]。
2009-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron spin relaxation in $p$-type GaAs quantum wells
我们从全微观动力学自旋Bloch方程方法研究了$p$型GaAs量子阱中的电子自旋弛豫，包括电子-杂质、电子-声子、电子-电子库仑、电子-空穴库仑和电子-空穴交换（Bir-Aronov-Pikus机制）散射.从这种方法中，我们研究的D 'yakonov-Perel'和Bir-Aronov-Pikus机制的相对重要性，在很宽的范围内的温度，空穴密度，激发密度和杂质密度，并提出了一个相图-样的图片显示的D 'yakonov-Perel'或Bir-Aronov-Pikus机制是更重要的参数制度。通过在我们的模型中包含更多的空穴子带和能带，我们能够研究高空穴密度下的自旋动力学。结果表明，对于不同的杂质和激发密度，在一定的温度范围内，当空穴密度足够高时，Bir-Aronov-Pikus机制可以超过D 'yakonov-Perel'机制.我们还发现，在无杂质的情况下，Bir-Aronov-Pikus机制比D 'yakonov-Perel'机制更有效的温度范围是在空穴费米温度附近，对于高空穴密度，与激发密度无关。然而，在杂质密度与空穴密度相同的高杂质密度情况下，该区域大致为从电子费米温度到空穴费米温度。特别地，在高杂质和很低激发密度的情况下，Bir-Aronov-Pikus机制可以在所研究的{ \em whole}温度范围内（从5 K到300 K）支配自旋弛豫，因为电子（空穴）费米温度是1.5 K…
2009-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Observation of Long Spin Relaxation Times in Bilayer Graphene at Room Temperature
我们报告的第一个系统的研究在双层石墨烯（BLG）的自旋输运作为迁移率，最小电导率，电荷密度和温度的函数。自旋弛豫时间$τ_s$与室温和低温下BLG样品的迁移率$μ$成反比。这表明了D 'yakonov-Perel'自旋散射在BLG中的重要性.自旋弛豫时间高达2 ns的样品中观察到的迁移率最低。这些时间比之前报道的单层石墨烯（SLG）的任何值都长一个数量级。我们讨论了内在和外在因素的作用，可能导致D 'yakonov-Perel'自旋散射在BLG的优势。与SLG相比，观察到$τ_s$的密度依赖性随温度的显著变化。
2011-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation: From 2D to 1D
在反转非对称半导体中，自旋-轨道相互作用产生非常有效的电子自旋弛豫机制。最近的工作，基于尺寸约束的D 'yakonov Perel'机制，描述了随着沟道宽度的减小，二维导电层的电子自旋弛豫时间增加。自旋弛豫的减慢可以理解为一维极限的前兆。
2010-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation of conduction electrons in bulk III-V semiconductors
本文从理论上计算了$n$型和$p$型GaAs、GaSb、InAs和InSb体材料传导电子通过Elliot-Yafet、D 'yakonov-Perel和Bir-Aronov-Pikus机制的自旋弛豫时间。每个自旋弛豫机制的相对重要性进行了比较，并构建了显示主导机制的图作为温度和杂质浓度的函数。我们的方法是基于动量弛豫率的理论计算，并允许理解在很宽的温度和杂质浓度范围内影响自旋弛豫的各种因素之间的相互作用。
2001-11-25 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Electron spin relaxation in bulk III-V semiconductors from a fully microscopic kinetic spin Bloch equation approach
电子自旋弛豫散装III-V族半导体研究从一个完全微观动力学自旋布洛赫方程的方法，其中所有相关的散射，如，电子-非磁性杂质，电子-声子，电子-电子，电子-空穴，和电子-空穴交换（Bir-Aronov-Pikus机制）散射明确包括在内。Elliot-Yafet机制也被完全纳入。这种方法提供了一种方法，彻底了解电子自旋弛豫附近和远离平衡的金属制度。研究了自旋弛豫时间与电子密度、温度、初始自旋极化、光激发密度和空穴密度的关系，并分析了相关的物理机制。与以往文献中的研究相比，我们发现：（i）在$n$型材料中，Elliot-Yafet机制比D 'yakonov-Perel'机制重要，即使对于窄带隙半导体如InSb和InAs也是如此。(ii)自旋弛豫时间的密度依赖性是非单调的，我们预测在金属制度中的$n$型和本征材料的{ \em峰}。(iii)在本征材料中，Bir-Aronov-Pikus机制与D 'yakonov-Perel'机制相比可以忽略不计。我们还预测的自旋弛豫时间的温度依赖性，这是由于在本征材料中的电子-电子库仑散射的初始自旋极化小的非单调温度依赖性的峰值。(iv)在$p$型III-V族半导体中，.. (the由于篇幅所限，此处省略其余部分）
2009-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin relaxation in (110) and (001) InAs/GaSb superlattices
我们报道了（110）InAs/GaSb超晶格的电子自旋弛豫时间（T1）相对于相应的（001）结构的增强超过一个数量级（25倍）。自旋动力学测量使用偏振敏感泵探测技术和中红外，亚皮秒PPLN OPO。在（110）超晶格中较长的T1时间归因于对岁差D 'yakonovPerel自旋弛豫过程的本征界面不对称性和体反转不对称性贡献的抑制。使用非微扰14带纳米结构模型的计算与实验结果吻合良好，并表明与超晶格界面处的成分混合相关的可能的结构反转不对称性对T1的贡献可能限制在（110）超晶格中观察到的自旋寿命。我们的研究结果具有潜在的自旋电子学应用的InAs/GaSb异质结的影响。
2003-01-08 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
Spin dynamics in the strong spin-orbit coupling regime
研究了具有一般自旋轨道相互作用的高迁移率二维电子气的自旋动力学。我们推导出一组自旋动力学方程，捕捉纯指数的阻尼振荡自旋演化模式中观察到的SOI强度的不同制度。因此，我们提供了一个完整的治疗D 'yakonov-Perel的机制，使用微观线性响应理论从弱到强的SOI限制。我们表明，阻尼振荡模式出现时，电子散射时间是由于SOI自旋进动时间的一半以上，与最近的观察。基于这些模式和光栅实验，我们提出了一种新的方法来测量Rashba和线性Dresselhaus SOI的散射时间和相对强度。我们讨论的物理解释，这些模式的拉比振荡的背景下。
2011-02-15 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Coulomb-driven organization and enhancement of spin-orbit fields in collective spin excitations
用角分辨非弹性光散射方法研究了自旋极化电子气中的自旋轨道（SO）场。我们展示了一个惊人的组织和增强的SO场作用于集体自旋激发（自旋翻转波）。虽然单个电子SO场具有广泛分布的动量依赖性，引起D 'yakonov-Perel'退相，但集体自旋动力学由单个集体SO场控制，该集体SO场由于多体效应而急剧增强。增强因子是实验确定的。这些结果提供了一个强有力的指示，这些建设性的现象是普遍的集体自旋激发的导电系统。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin Lifetime Anisotropy and Spin-Valley Locking in Silicene and Germanene from First-Principles Density-Matrix Dynamics
通过第一性原理实时密度矩阵（FPDM）动力学模拟，研究了有限温度和外场作用下二维Dirac材料硅烯和锗烯中电子-声子和电子-杂质散射引起的自旋-轨道耦合弛豫.我们讨论了Elliott-Yafet（EY）和D 'yakonov-Perel'（DP）的自旋弛豫机制的传统描述的适用性相比，我们的FPDM方法，这是由一个复杂的相互作用的内在的自旋轨道耦合，外场，和电子-声子耦合强度，超越晶体对称性。例如，室温下硅烯的自旋弛豫时间的电场依赖性接近DP机制，而锗烯的自旋弛豫时间的依赖性类似于EY机制。与石墨烯相比，锗烯具有更强的自旋轨道耦合强度和屈曲结构，在非零Ez和相对低温下，锗烯具有巨大的自旋寿命各向异性和自旋谷锁定效应。更重要的是，锗烯具有极长的自旋寿命（在50 K下约100 ns）和极高的载流子迁移率，这使得它有利于自旋谷电子应用。
2021-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation time, spin dephasing time and ensemble spin dephasing time in $n$-type GaAs quantum wells
我们研究了$n$型GaAs量子阱的自旋弛豫和自旋退相。通过求解全微观动力学自旋Bloch方程，得到了自旋弛豫时间$T_1$、自旋退相时间$T_2$和系综自旋退相时间$T_2^{\ast}$，并证明了由于关联时间短，$T_1$、$T_2$和$T_2^{\ast}$与传导电子的各向同性系统中的常识类似.由D 'yakonov-Perel项引起的非均匀展宽被散射，特别是库仑散射所抑制。
2007-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron spin relaxation in intrinsic bulk InP semiconductor
利用时间分辨泵浦探测反射（TRPPR）技术，在室温和70 K下，利用同圆偏振和反圆偏振飞秒脉冲，研究了本征体磷化铟（InP）半导体中电子自旋动力学。随着抽运光子能量的增加，薄膜的反射率由漂白转变为吸收，这可以用自旋敏感的能带填充效应和带隙重整化效应来解释。电子自旋弛豫时间的密度依赖性在室温和70 K下表现出相似的趋势。随着载流子浓度的增加，电子自旋弛豫时间先增加后减小，达到最大值后再减小。我们的实验结果与最近的理论预测[Jiang and Wu，Phys.Rev.B79，125206（2009）]吻合得很好，并且D 'yakonov-Perel'机制被认为是对本征体InP半导体中电子自旋弛豫的主要贡献。
2010-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electric fields and substrates dramatically accelerate spin relaxation in graphene
理论上，石墨烯中的电子保持自旋状态的时间比大多数材料长得多，这使得石墨烯成为自旋电子学和量子信息技术的一个有前途的平台。在这里，我们使用第一性原理密度矩阵（FPDM）动力学模拟表明，与电场和基板的相互作用强烈增强自旋弛豫通过散射声子。因此，室温下的弛豫时间从独立石墨烯中的微秒减少到六方氮化硼（hBN）衬底上的石墨烯中的纳秒，这是通常在实验中测量的数量级。此外，反转对称性破缺hBN引入了更强的不对称性的电子和空穴的自旋寿命，比传统的D 'yakonov-Perel'（DP）自旋弛豫模型预测。偏离传统的DP模型更强的面内自旋弛豫，导致面外到面内的寿命比远大于1/2，最大值接近狄拉克点。这些FPDM的结果，独立于特定的假设或材料依赖的参数，也验证了最近修改的DP模型，以解释这种偏差。总体而言，我们的研究结果表明，在衬底的存在下，自旋-声子弛豫可能是更重要的石墨烯比通常假设，需要考虑在室温下基于石墨烯的自旋技术。
2022-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of initial spin polarization on spin dephasing and electron g factor in a high-mobility two-dimensional electron system
本文用时间分辨法拉第旋转（TRFR）方法研究了GaAs-Al $_{0.3}$ Ga $P$ As单量子阱中高迁移率二维电子系统（2DES）的自旋动力学。从$P\sim 0$到$P\sim 30$ %，我们观察到自旋退相时间$T_2^\ast$增加了一个数量级，从大约20 ps到200 ps，与Weng和Wu的理论预测很好地一致[Phys. Rev. B { \bf 68}，075312（2003）]。此外，通过在Voigt组态中施加外部磁场，还发现电子$g$因子随着$P$的增加而减小。考虑D 'yakonov-Perel'和Bir-Aronov-Pikus机制，通过数值求解动力学自旋Bloch方程，进行了完全微观计算，再现了实验的最显著特征，{ \em，即}，随着$P$的增加，自旋退相的急剧降低和电子$g$因子的适度降低。我们发现，这两个结果主要是由Hartree-Fock贡献的库仑相互作用。
2007-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin relaxation time due to electron-electron scattering in semiconductors
我们提出了一个详细的实验和理论分析的二维电子气（2DEG）在一系列的n掺杂GaAs/AlGaAs量子阱的自旋动力学。皮秒分辨率的偏振泵浦探测反射技术，以详细研究的温度，浓度和量子阱宽度的依赖性的自旋弛豫速率的一个小的光激发电子人口。实验证明了自旋寿命随温度的快速增强，最大值接近2DEG的费米温度。这些观察结果与电子-电子碰撞控制的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫机制一致。自旋弛豫时间的实验结果和理论预测是在很好的定量协议。
2006-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin-phonon relaxation from a universal \emph{ab initio} density-matrix approach
设计具有长寿命电子自旋态的新量子材料迫切需要一种通用的理论形式和计算技术来可靠地预测本征自旋弛豫时间。本文提出了一种新的、精确的和通用的基于密度矩阵Lindbladian动力学的第一性原理方法来计算具有任意自旋混合和晶体对称性的固体的自旋-声子弛豫时间（$τ_s$）。该方法描述了Elliott-Yafet（EY）和D 'yakonov-Perel'（DP）机制对有和无反转对称系统自旋弛豫的贡献。我们发现，内在的自旋和动量弛豫时间都随着温度的升高而降低，然而，对于DP机制，自旋弛豫时间与非本征散射时间成反比。我们预测了过渡金属二硫属化物自旋寿命的大的各向异性。与广泛材料的实验的良好一致性强调了我们的方法对量子信息科学的关键属性的预测能力。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-subband effect in spin dephasing in semiconductor quantum wells
研究了$n$型GaAs量子阱中电子-电子和电子-声子散射的多子带效应对自旋旋进和自旋退相的影响。研究了温度、阱宽和外加电场（热电子区）对自旋动力学的影响。结果表明，尽管不同子带的D 'yakonov-Perel'（DP）项相差很大，但由于强的子带间散射，不同子带中电子的自旋过程和自旋退相速率几乎相同.它还表明，对于小的阱宽的量子阱在温度下，只有最低的子带被占用，自旋退相时间随温度以及所施加的面内电场的增加，直到从第二子带的贡献不再是可以忽略的。对于宽量子阱，自旋退相时间随温度和电场的增大而减小。
2004-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Rashba spin-orbit coupling and spin relaxation in silicon quantum wells
硅是自旋基器件的主要候选材料，并且已经提出了在硅异质结构中形成的二维电子气（2DEG）用于自旋输运和量子点量子计算应用。这些应用的关键参数是自旋弛豫时间。本文应用D 'yakonov和Perel'（DP）理论计算了低温下任意静态磁场方向下由于结构反转不对称性引起的硅二维电子气的电子自旋共振线宽。我们估计硅量子阱中的Rashba自旋-轨道耦合系数，并找到该机制作为动量散射时间、磁场和器件特定参数的函数的自旋的$T_{1}$和$T_{2}$时间。我们获得协议与现有的数据的角度依赖的弛豫时间，并表明，幅度是一致的DP机制。我们建议如何通过适当的器件设计来增加弛豫时间。
2004-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation of two-dimensional holes in strained asymmetric SiGe quantum wells
我们分析了应变非对称SiGe量子阱中二维空穴谱的自旋分裂。基于Luttinger哈密顿量，我们得到了面内空穴波矢中三阶自旋分裂参数的表达式。发现SiGe量子阱的双轴应变是控制自旋分裂的关键参数。SiGe场效应晶体管结构的应用表明，典型的自旋分裂在室温下变化的情况下的硅量子阱沟道的几个meV的十分之一的几个meV的Ge对应物，并可以有效地修改由栅极控制的垂直限制电场的变化。分析还表明，对于充分非对称量子阱，自旋弛豫主要是由于自旋分裂相关的D 'yakonov-Perel'机制。在应变硅量子阱中，我们的估计表明，空穴自旋弛豫时间在室温下可以在一百皮秒的量级上，这表明这种结构也适合于p型自旋晶体管应用。
2004-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Progressive suppression of spin relaxation in 2D channels of finite width
我们研究了半导体二维窄条中电子自旋极化的时空动力学，并探索了操纵自旋弛豫的能力。在输运蒙特卡罗模拟程序中加入了传导电子自旋和自旋旋转机制的信息。一个模型问题，涉及线性k分裂的导带，负责的D 'yakonov-Perel'机制的自旋弛豫的锌半导体和异质结构，数值求解产生的自旋极化的衰减的电子系综在二维通道的有限宽度。对于非常宽的通道，获得常规的2D自旋弛豫值。随着沟道宽度的减小，弛豫时间迅速增加几个数量级。令人惊讶的是，2D和准1D行为之间的交叉点被发现是在几十个电子的平均自由程。因此，经典宽通道可以有效地抑制电子自旋弛豫。
1999-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiclassical kinetic theory of electron spin relaxation in semiconductors
我们发展了半导体中电子自旋弛豫的半经典动力学理论。我们的方法占弹性以及非弹性散射和对待埃利奥特-Yafet和运动窄化过程，如D 'yakonov-Perel'和可变g因子过程，在平等的基础上。针对小自旋极化和小动量转移散射，从全量子动力学方程出发，导出了电子自旋极化的Fokker-Planck方程。然后，我们构建，使用严格的多时间尺度的方法，宏观（$\vec{k}$平均）自旋极化的长时间尺度上，自旋极化衰减的布洛赫方程。自旋守恒的能量弛豫和扩散，发生在一个快速的时间尺度上，初始自旋极化后，已被注入，被纳入和示出产生的权重函数，定义的自旋弛豫张量的计算所需的能量平均值在布洛赫方程。我们的方法提供了一个直观的方式来概念化的自旋极化的动态在一个“测试”的自旋极化散射“场”粒子（电子，杂质，声子）。为了说明我们的方法，我们计算的量子阱的自旋寿命的温度和密度的电子-电子和电子-杂质散射占主导地位。自旋寿命是温度和密度的非单调函数。我们的研究结果表明，在电子密度和温度，从非简并到简并制度的交叉发生，自旋寿命特别长。
2005-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Hole spin dephasing in $p$-type semiconductor quantum wells
通过构造和数值求解动力学自旋Bloch方程，研究了具有分离轻空穴和重空穴带的$p$型GaAs（100）量子阱中D 'yakonov-Perel'机制引起的空穴自旋退相时间.我们在计算中包括了所有自旋守恒散射，例如空穴-声子和空穴-非磁性杂质以及空穴-空穴库仑散射。详细研究了温度、空穴密度、杂质密度和Rashba系数对自旋退相的影响。我们还发现库仑散射对自旋退相有显著的贡献。自旋退相时间可以随温度、空穴/杂质密度或库仑散射的包含而增加或减少，这取决于自旋-轨道耦合和散射的相对重要性。由于自旋轨道耦合强度的不同，空穴和电子的许多自旋退相性质也有很大的不同。
2006-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Spin relaxation and transport behaviors in altermagnetic systems
本文研究无自旋轨道耦合且净磁化为零的交变磁系统中的自旋弛豫机制，发现其表现出DP型自旋弛豫且自旋霍尔电流高度各向异性并与交变磁有序度成正比。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of the spin relaxation in highly degenerate ZnO thin films
氧化锌是一种宽带隙半导体材料，被认为是制备下一代透明自旋电子器件的潜在候选材料。然而，在此之前，可以实际实现，在这种材料中经历的各种自旋输运和弛豫过程的全面，科学的理解是必不可少的。在本文中，我们报告了我们的调查，这些过程通过温度依赖性，非本地汉勒实验。采用脉冲激光沉积技术在c轴蓝宝石衬底上制备了ZnO外延薄膜。仔细的结构，光学和电学特性的薄膜进行。在20 - 300 K温度范围内，采用全电子自旋注入和探测方案，在非定域几何中进行了与温度相关的Hanle测量。通过霍尔效应测量，发现这些薄膜中的载流子浓度约为10 ^19 cm^-3。确定在这样的简并掺杂系统中，必须使用费米-狄拉克统计来解释系统中载流子的输运。从Hanle数据，自旋弛豫时间在ZnO薄膜中，在不同的温度下确定。我们的温度依赖性的自旋弛豫时间数据的分析表明，在ZnO薄膜中的自旋弛豫的主导机制是Dyakonov-Perel（DP）机制修改的纤锌矿晶体结构，其中六角c轴反射不对称是存在的。作为这种修改的结果，自旋弛豫速率是线性动量。
2014-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Detection of large magneto-anisotropy of electron spin dephasing in a high-mobility two-dimensional electron system in a $[001]$ GaAs/AlGaAs quantum well
在时间分辨法拉第旋转实验中，我们在掺杂$n$调制的GaAs/Al $_{0.3}$ Ga $_{0.7}$ As单量子阱中探测到电子自旋退相时间的面内各向异性。SDT用施加在GaAs量子阱的$[110]$和$[1\bar{1}0]$面内晶体方向上的$B\le 1$ T的磁场测量。对于沿$[1\bar{1}0]$的场，我们发现SDT比垂直方向大约2倍。考虑D'yakonov-Perel '和Bir-Aronov-Pikus机制，通过数值求解动力学自旋Bloch方程，进行了全微观计算，定量地再现了实验结果。这种数据的定量分析使我们能够确定我们样本中Rashba和Dresselhaus项的相对优势。此外，我们可以估计在$[110]$ {\em inplane}方向上排列的自旋的SDT为几纳秒的量级，这比在垂直{\em inplane}方向上的大两个数量级。
2007-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density-matrix quantum kinetics of spin-mode crossover and ac Edelstein response in spin--orbit-coupled chiral metals
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所新兴物质科学中心）；Institute for Molecular Science（分子科学研究所）
本文提出密度矩阵量子动力学理论，统一描述手性金属中从弱到强自旋-轨道耦合交叉的自旋弛豫、进动及自旋-电荷转换，并验证了昂萨格互易性。
2026-09-30 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 of "upstream" electrons: beyond the drift diffusion model
自旋输运的经典漂移扩散（DD）模型通过称为"自旋扩散长度“的经验参数来处理自旋弛豫。根据这个模型，由于自旋退相作用，在固体中漂移和扩散的电子的系综平均自旋随距离呈指数衰减。与这种衰变相关的特征长度尺度是自旋扩散长度。DD模型还预测，对于在减速电场中行进的“上游”电子，这个长度与在加速电场中行进的“下游”电子不同。然而，这幅图忽略了受限系统（例如量子线）中的能量量子化，因此未能捕捉到子带结构对自旋弛豫的重要影响。在这里，我们强调这种影响，通过模拟上游自旋输运的多子带量子线，在D 'yakonov-Perel'自旋弛豫的存在下，使用半经典模型，严格的子带结构。我们发现，上游自旋运输有一个复杂的动力学，违背了简单的定义的“自旋扩散长度”。事实上，自旋并不随距离呈指数衰减甚至单调衰减，漂移扩散图无法解释定性行为，更不用说准确预测定量特征了。与自旋输运无关，我们还发现，上游电子经历了“人口反转”作为准一维结构中的态密度的能量依赖性的结果。
2005-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of spin dephasing on initial spin polarization in a high-mobility two-dimensional electron system
利用时间分辨法拉第旋转和时间分辨克尔旋转研究了GaAs/ Al_{0.3} Ga_{0.7} As单量子阱中高迁移率二维电子系统的自旋动力学。通过将初始自旋极化从低P区增加到几个百分点的显著P，我们发现自旋退相时间$T_2^\ast$从约20 ps增加到200 ps;此外，在小自旋极化下，$T_2^\ast$随温度增加，而在大自旋极化下，随温度降低.所有这些特征与Weng和Wu的理论预测[Phys. Rev. B { \bf 68}，075312（2003）]很好地一致。在固定的电子密度作为自旋极化的函数进行测量，以进一步证实的理论。通过建立和数值求解动力学自旋Bloch方程，包括D 'yakonov-Perel'和Bir-Aronov-Pikus机制，并明确地包括{ \em all}散射，进行了完全微观的计算.我们再现了实验的所有主要特征，即，随着$P$的增加，自旋退相急剧减少，并且在不同的自旋极化下，自旋退相与温度相关。
2007-10-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron spin relaxation in bilayer graphene
由于D 'yakonov-Perel'机制的电子自旋弛豫在双层石墨烯中进行了研究，只有最低的导带是相关的。根据Konschuh { \it et al.}的最新报告，利用对称群分析方法构造了自旋轨道耦合，并将参数拟合到数值计算中。[Phys. Rev. B { \bf 85}，115423（2012）]从第一原理。与单层石墨烯相比，双层石墨烯中自旋轨道耦合的面外分量的前导项显示出在两个谷中具有相反的有效磁场的类塞曼项。这类塞曼项打开一个自旋弛豫通道中存在的谷间散射。结果表明，在高温下，谷间电子-声子散射强烈地抑制了面内自旋弛豫时间，而谷间短程散射在面内自旋弛豫中起着重要作用，尤其是在低温下.一个显着的非单调依赖的面内自旋弛豫时间对温度的最小值为几百皮秒的短程散射体的情况下预测。这个最小值与实验数据相当。此外，在低温下，这是非常不同的半导体中的一个面内自旋弛豫时间的电子密度依赖性的峰值，被预测。我们还发现，在低温下，随着初始自旋极化的增加，面内自旋弛豫时间迅速减小，这与半导体和单层石墨烯的情况相反。...... (The由于篇幅所限，其余部分被删减）
2013-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
