Spin relaxation and spin dynamics in semiconductors
J. Fabian, M. W. Wu
一章贡献的书：“手册的自旋输运和磁性”，编辑。Tsymbal和Igor Zutic（Chapman & Hall/CRC，2011）http://www.crcpress.com/product/isbn/9781439803776.
A chapter contribution to book: "Handbook of Spin Transport and Magnetism", ed. by Evegeny Y. Tsymbal and Igor Zutic (Chapman & Hall/CRC, 2011) http://www.crcpress.com/product/isbn/9781439803776 .
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Coherent defect-assisted multiphonon intraband carrier relaxation in semiconductor quantum dots
提出了半导体量子点中多声子带内载流子弛豫的一种新的缺陷辅助机制，其中载流子是在初始态、终态和缺陷态的相干叠加中发现的。结果表明，这一机制是能够解释所观察到的趋势的PbSe和CdSe胶体量子点的带内弛豫速率的温度依赖性。
Monte Carlo simulation of spin relaxation in nanowires and 2-D channels of II-VI semiconductors
我们分析了各种II-VI族半导体纳米线结构和2-D沟道的自旋弛豫行为，通过模拟自旋极化输运通过半经典方法。采用蒙特卡罗模拟方法对模型进行了模拟。D 'yakanov-Perel机制和Elliot-Yafet机制是II-VI族半导体自旋弛豫的主要机制。分析了自旋弛豫长度随外场的变化，并与二维沟道作了比较。在1 kV/cm的外场下比较了不同II-VI族半导体的自旋弛豫长度，以了解影响它们自旋退相的主要因素。在众多的实验结果中，最值得注意的是纳米线中的自旋弛豫长度比二维沟道中的自旋弛豫长度大许多倍。
Exciton spin relaxation in single semiconductor quantum dots
研究了非对称单量子点中激子自旋的弛豫（纵向弛豫时间$T_{1}$），这是由于短程交换作用和声学声子形变的相互作用引起的。计算的弛豫速率强烈依赖于点的大小，磁场和温度。对于典型的量子点和低于100 K的温度，零磁场弛豫时间是长的激子寿命相比，但他们强烈减少高磁场。本文详细讨论了基于（In，Ga）As和（Cd，Zn）Se半导体化合物的量子点。
Polarons in semiconductor quantum-dots and their role in the quantum kinetics of carrier relaxation
虽然含时微扰理论表明在半导体量子点中载流子-声子散射效率低，但我们证明了载流子-声子相互作用的量子动力学描述预测了快速载流子捕获和弛豫。所考虑的过程在自由载流子能量方面不满足能量守恒，因为局域量子点态的极性耦合强烈地改变了这一图像。
Spin-relaxation time in the impurity band of wurtzite semiconductors
本文测定了纤锌矿结构半导体杂质带电子的自旋弛豫时间。有效的Dresselhaus自旋-轨道相互作用哈密顿量被视为在低温下的自旋弛豫的源和对应于金属-绝缘体过渡的金属侧的掺杂密度。计算了杂质态之间的自旋翻转跳跃矩阵元，并将其用于建立包含纤锌矿半导体对称性的紧束缚哈密顿量。自旋弛豫时间是从自旋扩散的半经典模型，以及从自旋和电荷扩散在杂质半导体的微观自洽图解理论。对特别重要的材料提供了估计数。理论自旋弛豫时间与GAN和ZnO中相应的低温测量值相比毫不逊色。对于氮化铟和氮化铝，我们预测，调谐的自旋-轨道耦合常数，由外部电位引起的自旋弛豫时间相关的研究机制可能会显着增加。
Temperature dependence of D'yakonov-Perel' spin relaxation in zinc blende semiconductor quantum structures
D 'yakonov-Perel'机制与电子态的自旋分裂密切相关，通常主导锌半导体量子结构中的自旋弛豫。以前，它已经制定了两个极限情况下的低温和高温。在这里，我们扩展的理论，给出一个准确的描述，这往往是相关的室温实验的中间制度。采用自洽多带包络函数方法，计算了n-（001）Zn_xO_2半导体量子结构中电子子带的自旋劈裂。利用这些结果，我们计算自旋弛豫率作为温度的函数，并获得良好的协议与实验数据。
Spin relaxation in the impurity band of a semiconductor in the external magnetic field
研究了具有自旋分裂谱的二维半导体在外加磁场中杂质带的自旋弛豫。自旋弛豫的几种机制被证明是相关的。第一个是由于声子辅助塞曼子能级之间的跃迁的基态的一个孤立的杂质，而其他机制可以被描述在一个随机的磁场中的自旋进动在杂质带的电子运动。在后一种情况下，有两个贡献的自旋弛豫：一个给出的最佳杂质配置与跳跃等待时间成反比的外部磁场和另一个有关的电子运动在大尺度上。计算了平均自旋弛豫速率。
Excitonic relaxation and transfer in semiconductor nanocrystals
讨论了半导体纳米晶体中发生的一些基本辐射和非辐射过程，并计算了这些过程的速率。特别是，在本综述中，我们探讨了两个晶粒内的过程，如光子发射，俄歇复合，声子辅助激子弛豫，捕获表面缺陷，多激子产生，和晶粒间的过程中实现的激子迁移在合奏的纳米晶体。激子跃迁，创建，并伴随着光子和（或）声子发射或吸收的湮灭被认为是从他们的角度对纳米晶体的光学性质的影响。
Spin relaxation in diluted magnetic semiconductor quantum dots
从理论上研究了Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体量子点中声子介导的s-d交换作用引起的电子自旋弛豫。考虑了由于压电耦合和形变势引起的电声声子相互作用。所得到的自旋寿命通常在微秒量级。声子介导的自旋翻转机制的有效性随着Mn浓度、电子自旋分裂、垂直约束强度和横向直径的增加而增加，但对磁场和温度表现出非单调依赖性。一个有趣的发现是，小量子点中的自旋弛豫被抑制强磁场和低浓度的Mn在低温下。
Anisotropic effects and phonon induced spin relaxation in gate-controlled semiconductor quantum dots
本文详细分析了各向异性对III-V族半导体量子点中声子诱导自旋弛豫速率的影响。我们发现，由于在各向同性和各向异性量子点的相反的电子自旋态的第一和第二激发态之间的水平交叉的意外简并可以操纵与应用程序的外部施加的栅极电位。特别地，除了III-V族半导体QD中的较低QD半径之外，各向异性栅极电势增强了声子介导的自旋翻转速率并将尖状结构降低到较低的磁场。在InAs量子点中，只有Rashba自旋轨道耦合对声子诱导的自旋弛豫速率有贡献。然而，对于GaAs量子点，Rashba自旋-轨道耦合的贡献附近的偶然简并点和Dresselhaus自旋-轨道耦合的贡献低于和高于偶然简并点在量子点的声子诱导的自旋弛豫率的操纵。
Electron spin relaxation in semiconductors and semiconductor structures
本文提出了一种研究具有任意各向异性或量子结构的半导体在磁场中自由电子自旋演化问题的方法。所开发的方法利用量子动力学方程的平均自旋组件。这些方程代表自旋弛豫的有效场起伏的关联函数的弛豫。在自相关函数占主导地位的特定情况下，动力学方程简化为Bloch方程。将该方法应用于半磁量子阱中交换散射引起的电子自旋弛豫问题以及Dyakonov-Perel机制引起的量子阱自旋弛豫问题。
Excitation of relaxation oscillations in a semiconductor superlattice by incident waves: efficient terahertz harmonics generation
理论研究了入射波激发弛豫振荡产生的半导体超晶格倍频太赫兹谐波。结果表明，弛豫振荡激发成为可行的，如果超晶格直流电阻是足够低的比较与外部波导系统的特征辐射阻抗。作为入射波功率的函数的所产生的谐波的功率在取决于超晶格峰值电流的特定输入功率水平下展示了阈值状行为。我们表明，对于典型的超晶格参数的卷的频率所产生的谐波主要是指定的等离子体频率的电子在超晶格的迷你带。我们认为，超晶格的迷你带宽的增加可以从根本上提高效率和产生的太赫兹谐波的光谱范围。
Magnetization relaxation in (Ga,Mn)As ferromagnetic semiconductors
本文描述了铁磁半导体（Ga，Mn）As合金中由于p-d动力学交换耦合与巡游自旋子系统的Mn局域磁矩磁化弛豫的理论。理论上的吉尔伯特阻尼系数暗示了这种机制作为一个函数的Mn矩密度，空穴浓度，和准粒子寿命计算。与实验铁磁共振数据的比较表明，在退火强金属样品，p-d耦合有助于显着的阻尼率的磁化进动在低温下。通过结合理论吉尔伯特系数的值的磁各向异性能量，我们估计，在全半导体三层器件的自旋转移磁化翻转的典型的临界电流可以低至$\sim 10^{5} {\rm A cm}^{-2}$。
Semiconductor charge qubit relaxation due to two-phonon processes
从理论上研究了双量子点系统中电子轨道态的双声子弛豫过程。特别地，我们计算了弛豫速率如何依赖于量子点之间的间隔距离，量子点限制的强度，和晶格温度。通过特定的点间距离和晶格温度，和不同的散射通道的相对强度的速率的增强进行了讨论。我们的研究结果表明，虽然在低温（$T \sim 1$ K）的双声子过程是几乎四个数量级弱于一个声子过程相比，在放松的电子轨道状态，在室温下，他们是一样重要的一个声子过程。
Exchange-driven spin relaxation in ferromagnet/oxide/semiconductor heterostructures
我们调查的电子自旋弛豫在GaAs中的Fe/MgO层附近使用自旋分辨光学泵浦探测光谱，揭示了强烈的依赖于交换驱动的超精细场的强度上的自旋弛豫时间。这种效应的温度依赖性揭示了与载流子冻结的强相关性，这意味着在低温下，自由载流子的自旋寿命主要由载流子局部化引起的局部超精细场中的不均匀性决定。这一结果解决了一个长期存在的和有争议的问题的起源自旋弛豫GaAs在低温时，磁场存在。此外，这种改进的基本理解铺平了道路，为未来的实验探索铁磁体/半导体界面的时间相关的交换相互作用及其对自旋耗散和运输的动态驱动的自旋泵制度的影响。
Ab Initio Modeling of Phonon-Assisted Relaxation of Electrons and Excitons in Semiconductor Nanocrystals for Multiexciton Generation
在GW-BSE（Bethe-Salpeter方程）方法框架下，对纳米团簇中的电子-声子相互作用和激子-声子相互作用进行了计算。声子效应的模型与两个粒子表示的第一次。计算了电子和激子的无辐射弛豫速率。结果表明，单声子弛豫和多声子弛豫在纳米晶体中都是显著的，并且对应于两种具有完全不同谱线形状的物理过程。此外，多声子弛豫始终发生，其速率与所研究系统（Si 46）中电子和激子的相应单声子弛豫速率相当。基于多体格林函数理论计算了电子和激子的非弹性散射率。对于Si 46中的电子态，非弹性散射衰变被预测为多激子弛豫的主要衰变机制，并且对于Si 46中的大多数激子态，非辐射弛豫率大于非弹性散射率。
The dominant spin relaxation mechanism in compound organic semiconductors
尽管最近对“有机自旋电子学”感兴趣，但有机化合物半导体中电子或空穴的主导自旋弛豫机制尚未被最终确定。有零星的建议，这可能是超精细相互作用所造成的背景核自旋，但没有证实的证据来支持这一点已经提出。在这里，我们报告的电场的自旋扩散长度的有机自旋阀结构组成的Alq 3间隔层的依赖性，并认为，这个数据，以及现有的数据对这个长度的温度依赖性，矛盾的概念，超精细相互作用放松自旋。相反，他们认为由自旋-轨道相互作用产生的Elliott-Yafet机制更可能是主导的自旋弛豫机制。
The effect of Auger heating on intraband carrier relaxation in semiconductor quantumrods
受激电荷载流子弛豫到其平衡态的速率影响纳米级器件性能的许多方面，包括切换速度、载流子迁移率和发光效率。因此，更好地了解载流子弛豫的过程具有重要的技术意义。在半导体纳米结构中，由电子激发的强空间限制引起的载流子-载流子相互作用的显著增加导致俄歇效应的显著增强，这可以进一步导致不寻常的俄歇过程控制的复合和能量弛豫机制。在这里，我们报告的第一个实验观察到有效的俄歇加热在高泵浦强度的CdSe量子棒，导致载流子冷却速率的强烈减少。在这种情况下，载流子温度由通过声子发射的能量流出和由于俄歇加热的能量流入之间的平衡决定。这种平衡导致了特殊的载流子冷却动力学，与复合动力学密切相关，这种效应在体或纳米级半导体中从未见过。
Spin relaxation due to electron-electron magnetic interaction in high Lande g-factor semiconductors
本文采用Monte Carlo方法研究了InSb/InAlSb异质结中的自旋输运，并考虑了自旋动力学，引入了自旋的密度矩阵描述。除了占主导地位的Dyakonov-Perel（DP）机制的自旋控制和弛豫，我们认为电子之间的磁相互作用的重要性，由于在材料中的高电子Lande g因子。据发现，虽然磁相互作用的效果是不重要的，在低密度，它减少了高达50%的自旋弛豫长度在较高的密度。我们还提出了一个计算，阐明了抑制退相干归因于波矢依赖磁场的DP弛豫机制。我们注意到，磁相互作用是一个一般的弛豫机制，可能承担的重要性，在材料中具有高电子朗德g因子。
Theoretical study of phonon-assisted singlet-singlet relaxation in two-electron semiconductor quantum dot molecules
从理论上研究了半导体量子点分子中声子辅助的单重态-单重态弛豫。考虑了双电子掺杂的横向耦合量子点结构。我们考虑到通过变形势和压电耦合与声学声子模式的相互作用。我们发现，所考虑的系统的压电机制是非常重要的，并为某些范围内的量子点分子参数是主要的贡献弛豫。结果表明，声子辅助隧穿率达到更高的值（高达160 ns $^{-1}$，即使在零温度）相比，与其他退相干过程，如自旋轨道耦合（$\sim$ 0.01 ns $^{-1}$）。库仑相互作用的影响进行了讨论，并指出其后果。我们计算了GaAs量子点分子的弛豫速率，并研究了弛豫速率与量子点尺寸、量子点间距和量子点间距的关系。此外，隧道速率的温度依赖性进行了分析。
Spin relaxation in semiconductor quantum dots
我们研究了GaAs量子点中自旋反转的物理过程.我们已经计算了不同的机制，这是相关的自旋-轨道耦合，并导致自旋翻转过程中的电子在点的非弹性弛豫与无磁场的速率。我们已经表明，零维字符的问题时，电子波函数是本地化在所有方向上导致冻结的最有效的自旋翻转机制有关的情况下，在基本晶胞和异质界面的反转中心，因此，异常低的自旋翻转率。
Distinguishing Spin Relaxation Mechanisms in Organic Semiconductors
本文介绍了无序系统中跳跃载流子自旋弛豫和自旋扩散的理论。对于由跳跃之间的等待时间的分布描述的无序（例如，来自多个陷阱、位能无序和/或位置无序），有机半导体中的主导自旋弛豫机制（超精细、跳跃诱导的自旋轨道和位内自旋弛豫）各自产生不同的特征自旋弛豫和自旋扩散对温度的依赖性。由此产生的独特的实验签名的理论预测的有机半导体中的每种机制提供了一个处方，用于确定主导的自旋弛豫机制。
Modeling of Spin Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor: A Non-Equilibrium Green's Function Approach with Spin Relaxation
自旋金属氧化物半导体场效应晶体管（spinMOSFET）是一种将肖特基势垒MOSFET与铁磁源极和漏极接触相结合的新型自旋逻辑器件。以前的模拟研究预测，该设备应该显示一个非常高的磁阻（MR）比（平行和反平行磁化的情况之间）的情况下，半金属铁磁体（HMF）。我们使用非平衡格林函数（NEGF）的形式主义来描述隧道和载流子输运在这个设备，并将自旋弛豫在HMF半导体接口。界面处的自旋弛豫导致非理想自旋注入。少数自旋电流出现，并主导反平行磁化的漏电流。这降低了MR比，并为自旋MOSFET性能设置了实际限制。我们发现，MR饱和在一个较低的值为较小的源漏偏置。此外，自旋弛豫在检测器侧被发现是更有害的MR比在注入器侧，漏偏置小于少数自旋边缘和费米能级的能量差。
Many-Body Rashba Spin-Orbit Interaction and Exciton Spin Relaxation in Atomically Thin Semiconductor Structures
研究通过建立多粒子 Rashba 霍金量，揭示了二维半导体中局部电场对激子自旋弛豫的影响，发现 MoSe₂ 在特定条件下表现出快速自旋弛豫。
Spin relaxation of hot electrons in the Gamma-valley of zinc-blende semiconductors
本文提出了一种计算超热电子能量热化过程中自旋弛豫的方法。这个模型的结果匹配最近的实验数据，它们可以用来检查自旋相关的边界条件的适用性，在反向偏置条件（自旋注入）的半导体/铁磁结。
Spin relaxation due to the D'yakonov-Perel' mechanism in 2D semiconductors with an elliptic band structure
D 'yakonov-Perel'（DP）机制描述了存在Rashba自旋轨道耦合的二维系统中的非平衡自旋分布动力学。本文利用DP机制研究了具有椭圆能带结构的二维半导体自旋弛豫的各向异性。在有效质量近似下，利用自由载流子的面内各向异性有效质量描述了低能能带结构。利用极化自旋系综的密度矩阵的时间演化方程，在强动量散射区，从理论上计算了自由载流子的自旋弛豫时间。由于库仑相互作用和样品中的中性缺陷的散射势的结果。我们表明，在二维平面内的y-和x-方向上的自旋弛豫时间的比率显示幂律依赖于有效质量比，而指数捕获的散射势的细节。该模型被应用于研究单层黑磷中的电子自旋弛豫，这是已知的表现出显着的能带结构椭圆。该模型还可以预测自旋弛豫各向异性的机械应变的2D材料中，椭圆形能带结构出现的晶格常数的修改的结果。
Quantum dynamics of nuclear spins and spin relaxation in organic semiconductors
本文研究了有机半导体中超精细诱导的跳跃载流子自旋弛豫过程中核自旋量子动力学的作用。在跳跃之间的等待时间期间具有小载流子自旋进动的快速跳跃状态对于具有长自旋相干时间的有机半导体是典型的。我们认为这种制度，并专注于在一维载流子随机游走扩散，其中的核自旋动力学的影响预计是最强的。利用演化算符的Suzuki-Trotter分解方法，对核自旋数不超过25的自旋系统进行了精确的数值模拟。利用自旋相干态$P$表示方法，更大的核自旋系统建模。我们发现核自旋动力学在长时间内强烈影响载流子自旋弛豫。如果随机游走被限制在一个小的区域，它会导致长时间在非零值的载流子自旋极化猝灭。如果无规游走是不受限制的，则载流子自旋极化获得长时间拖尾，衰减为$ 1/\sqrt{t}$。根据数值结果，我们设计了一个简单的公式定量描述的效果。
Effect of spin relaxation rate on the interfacial spin depolarization in ferromagnet/oxide/semiconductor contacts
通过对CoFe/MgO/半导体（SC）接触中的正向和反向Hanle效应的联合测量，揭示了自旋弛豫速率对局部磁场引起的界面自旋去极化（ISD）的影响.尽管类似的铁磁电极和界面粗糙度在CoFe/MgO/Si和CoFe/MgO/Ge接触，我们已经观察到明显不同的功能的ISD取决于主机SC。旋进和弛豫的自旋在不同的SC暴露于本地字段从或多或少相同的铁磁体引起一个显着不同的比例的反转汉勒信号正常的。在室温下，在CoFe/MgO/Si接触中观察到大的ISD，而在CoFe/MgO/Ge接触中观察到小的ISD。CoFe/MgO/Ge接触的ISD在低温下显著增加。这些结果可以归因于宿主SC中自旋弛豫的差异。ISD的模型计算，考虑自旋进动由于本地场和自旋弛豫在主机SC，解释了ISD的温度和偏压的依赖性一致。
Waveguide diffusion modes and slowdown of D'yakonov-Perel' spin relaxation in narrow 2-D semiconductor channels
我们已经表明，在狭窄的2D半导体沟道的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫率大大减少。这种弛豫减速出现在特殊的波导扩散模式，决定了自旋密度在长通道中的传播。建议实验检测理论预测的效果。一种可能的应用是利用注入的自旋电流操作的场效应晶体管。
Longitudinal spin-relaxation of donor-bound electrons in direct bandgap semiconductors
我们测量了三种高纯度直接带隙半导体：GaAs，InP和CdTe中施主束缚电子纵向自旋弛豫时间（$T_1$）作为磁场（$B$）的函数，观察到最大$T_1$分别为$1.4~\text{ms}$，$0.4~\text{ms}$和$1.2~\text{ms}$。在GaAs和InP中，在低磁场下，直到$\sim2~\text{T}$，自旋弛豫机制是强烈的密度和温度依赖性，并归因于由晶格核自旋引起的超精细场中的电子自旋的随机进动。在所有三种半导体在高磁场下，我们观察到一个幂律依赖的${T_1 \propto B^{-ν}}$与${3\lesssim ν\lesssim 4}$。我们的理论预测，直接自旋-声子相互作用是重要的，在所有这三种材料在这一制度的量子点结构相比。此外，由Dresselhaus自旋轨道耦合结合单声子过程引起的“混合”机制在GaAs中具有可比的贡献。我们发现GaAs和CdTe的高场论和实验之间没有自由参数的良好协议，但存在显着的差异为InP。
Control of spin relaxation in semiconductor double quantum dots
我们提出了一个操纵垂直耦合半导体双量子点自旋弛豫的方案。通过在双点上垂直施加小的栅极电压，可以实现自旋弛豫时间的高达{\em十二}个数量级的变化。详细研究了量子点尺寸、势垒高度、量子点间距和磁场对自旋弛豫的影响。讨论了实现大变化的条件。
Spin Relaxation Anisotropy in Two-Dimensional Semiconductor Systems
本文从理论上研究了二维系统的自旋弛豫。各种半导体结构的n型和p型进行了详细研究。最重要的自旋弛豫机制被认为是。自旋弛豫时间的计算考虑到由于体反转不对称性和结构反转不对称性的自旋-轨道相互作用的贡献。结果表明，电子自旋弛豫的面内各向异性出现在III-V族非对称异质结构。这种各向异性可以由外部参数控制，并且自旋弛豫时间相差几个数量级。
Detection of thermodynamic "valley noise" in monolayer semiconductors: access to intrinsic valley relaxation timescales
与电荷和自旋自由度一起，许多新的2D材料还允许信息在电子的谷自由度中编码-也就是说，特别是在材料的布里渊区中的动量状态。鉴于未来几代基于谷的（光）电子技术，谷之间的散射和弛豫的固有时间尺度，因此代表感兴趣的基本参数。在这里，我们介绍并展示了一个完全被动的，基于噪声的方法，探索原子薄过渡金属二硫族化物（TMD）半导体的内在谷动力学。利用单分子层TMD中谷区特有的光学选择规则，在严格的热平衡条件下，利用光学法拉第旋转来探测驻留载流子费米海中谷区极化的随机热力学涨落.这种自发的“谷噪声”的频谱揭示了狭窄的洛伦兹线形，因此长指数衰减的固有谷弛豫。此外，谷噪声信号示出验证传统的（微扰）泵浦探测测量的弛豫时间和光谱依赖性。这些结果提供了一个可行的路线走向定量测量的内在谷动态，从任何外部扰动，泵浦，或激励。
Selection Rules for Non-Radiative Carrier Relaxation Processes in Semiconductor Quantum Dots
利用辐射级联的时间分辨强度互相关测量方法研究了半导体量子点中受激载流子的非辐射弛豫过程。我们光谱识别间接辐射级联，其中包括中间声子辅助弛豫。第一光子的能量揭示了非辐射弛豫之前的多载波配置，而第二光子的能量揭示了弛豫之后的配置。因此，强度互相关测量提供了非辐射过程及其选择规则的定量测量。我们建立了一个模型，它准确地描述了电子-声子和电子-空穴交换相互作用的实验观察。我们的测量和模型为半导体纳米结构中的工程弛豫过程提供了一种新的工具。
Monte Carlo simulation of spin polarized transport in nanowires and 2-D channels of III-V semiconductors
利用半经典蒙特卡罗方法模拟了电子沿III-V族纳米线和二维III-V族沟道的自旋极化输运。研究了不同III-V族锌掺杂材料在不同温度、外场等条件下的自旋弛豫长度特性。III-V族沟道中的自旋退相是由D 'yakonov-Perel（DP）弛豫和Elliott-Yafet（EY）弛豫引起的。纳米线中的自旋退相长度大于二维沟道中的自旋退相长度。
Wigner-function formalism applied to semiconductor quantum devices: Need for nonlocal scattering models
在设计和优化新一代纳米材料和相关量子器件时，耗散与退相干现象通常通过局部散射模型来解释，例如弛豫时间和玻尔兹曼方案。在这里，我们表明，使用这种局部散射的方法内的Wigner函数形式主义可能会导致非物理的结果，即异常抑制子带间弛豫，不正确的热化动力学，违反概率密度的积极性。此外，我们提出了一个量子力学广义的弛豫时间和玻尔兹曼模型，导致非局部散射超算子，使人们能够克服这些限制。
Observation of Spin Relaxation Anisotropy in Semiconductor Quantum Wells
利用Hanle效应测量了非对称（001）AlGaAs量子阱中二维电子的自旋弛豫。提取了沿[1 - 10]、[1-10]和[001]晶向取向的自旋的三个不同自旋弛豫时间，证明了D 'yakonov-Perel'自旋弛豫机制的各向异性。半导体量子阱结构中描述自旋轨道耦合的Rashba项和Dresselhaus项的相对强度。结果表明，在所研究的结构中，Rashba自旋轨道分裂比Dresselhaus分裂强约4倍。
Spin Relaxation of Conduction Electrons in Semiconductors Due to Interaction with Nuclear Spins
研究了零外加磁场下半导体中传导电子自旋由于与自旋1/2核的超精细相互作用而产生的弛豫。我们计算了电子自旋弛豫时间尺度，以评估这种弛豫机制的重要性。主方程的电子自旋密度矩阵的推导和解决。极化的核自旋可以用于自旋电子器件中的电子。
Triplet-singlet relaxation in semiconductor single and double quantum dots
研究了双电子半导体量子点中的三重态-单重态弛豫。讨论了单点和垂直耦合双点。在我们的工作中，电子-电子库仑相互作用，这在电子结构中起着重要的作用，包括在内。自旋-轨道耦合是导致三重态-单重态弛豫的关键。我们发现，文献中广泛使用的选择规则是不正确的，除非在单量子点的交叉/反交叉点附近。通过改变势垒高度、量子点间距、外加磁场和量子点尺寸，可以显著改变双量子点的三重态/单重态弛豫。
Temperature dependence of polarization relaxation in semiconductor quantum dots
在量子点载流子与LO声子的二阶准弹性相互作用框架下，计算了强受限非对称半导体量子点发光线偏振度的衰减时间.声子瓶颈并不显著地阻止弛豫过程，并且在温度$T \simeq 100$ K下计算的衰减时间可以是几十皮秒的量级，这与Paillard等人的最近实验一致[Phys.Rev.Lett. { \bf 86}，1634（2001）]。
Anomalous D'yakonov-Perel' spin relaxation in semiconductor quantum wells under strong magnetic field in Voigt configuration
本文报道了在强磁场作用下，半导体量子阱中Voigt组态的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫随动量弛豫的反常标度.重点讨论了外磁场垂直于自旋轨道耦合感应的有效磁场且其强度远大于后者的情况。发现即使在强散射极限下，纵向自旋弛豫时间也与动量弛豫时间成正比，表明D 'yakonov-Perel'自旋弛豫具有Elliott-Yafet类行为.此外，横向自旋弛豫时间是成反比（成比例）的动量弛豫时间在弱（强）散射限制，无论是在相反的趋势对既定的传统的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫行为。我们进一步证明了上述所有反常标度关系都来自于有效非均匀加宽的唯一形式。
Electron spin relaxation of single phosphorus donors in metal-oxide-semiconductor nanoscale devices
我们分析了电子自旋弛豫速率$1/T_1$的个人离子注入$^{31}$ P捐助者，在一个大的金属氧化物半导体（MOS）硅纳米级器件，识别自旋弛豫机制特有的环境的自旋的目的。测量在低温（$T\approx 100$ ~mK）下进行，作为外部磁场$B_0$和供体电化学电势$μ_{\rm D}$的函数。我们观察到磁场依赖性的形式$1/T_1\propto B_0^5$的$B_0\gtrsim 3\,$ T，对应于声子诱导弛豫典型的施主在散装。然而，弛豫速率在不同器件之间变化多达两个数量级。我们将这些差异归因于在施主位置处的晶格应变的变化。对于$B_0\lesssim 3\,$ T，两个器械的弛豫速率变为$1/T_1\propto B_0$。这与由在施主上方制造的金属结构产生的倏逝波约翰逊噪声引起的弛豫是一致的。在这样的低场，其中$T_1>1\,$ s，我们还观察和量化的虚假增加$1/T_1$时，自旋激发态$|\uparrow\rangle$的电化学电位接近空状态的电荷库，导致自旋相关的隧道重置自旋$|\downarrow\rangle$。这些结果提供了宝贵的见解的微观现象，影响自旋弛豫的MOS纳米器件，并提供了工程自旋量子比特与改善自旋寿命的策略。
Spin relaxation of localized electrons in n-type semiconductors
本文从理论上讨论了决定n型半导体杂质带定域电子自旋弛豫时间的机制，并与已有的实验数据进行了比较。非平衡角动量的弛豫时间被证明是有限的超精细相互作用，或自旋轨道相互作用过程中的交换诱导自旋扩散。自旋系统中的能量弛豫时间由声子辅助的跳跃决定，最佳距离约为4玻尔半径。施主束缚电子的自旋相关时间由与其他局域电子的交换相互作用或自由导带电子的自旋翻转散射决定。本文讨论了局域电子自旋系统光学冷却的可能性。
Spin dynamics in semiconductor nanocrystals
利用时间分辨法拉第旋转研究了化学合成的直径为22-80埃的CdSe纳米晶的横向和纵向自旋弛豫。横向磁场中光注入自旋的旋进发生在不同的频率上，通过系统地研究尺寸依赖性和理论计算，将其分配给电子和激子自旋。它示出的横向自旋寿命是有限的不均匀的退相的程度，不能单独占NC尺寸分布。纵向自旋弛豫在这些NC发生在几个不同的时间尺度范围从100 ps-10微秒，并表现出显着不同的依赖于温度和字段相比，横向自旋弛豫。
Dynamics of exciton formation and relaxation in photoexcited semiconductors
我们研究了半导体脉冲光激发后皮秒时间尺度上激子的形成和弛豫的动力学。研究是在密度矩阵理论的框架下进行的，并辅以动力学控制截断格式。我们截断了方程组的声子分支，提出了单声子辅助和高阶声子辅助的密度矩阵之间的耦合形式，以保证封闭系统中的能量和粒子数守恒。相关的激子形成和弛豫过程的时间尺度确定从一个典型的有机和无机半导体的模型参数的值上进行的一维模型的数值研究。的激子动力学研究的激发场，温度和微观模型参数，如载流子-载流子和载流子-声子耦合的强度的中心频率的不同值。我们发现，对于典型的有机半导体参数，束缚激子的形成发生在几百飞秒的时间尺度上，而它们随后的弛豫和平衡至少需要几皮秒。这些时间尺度与最近的实验研究的激子的形成和弛豫共轭聚合物基材料是一致的。
Semiconductor quantum ring as a solid-state spin qubit
提出了在由一个或几个电子占据的量子环中实现自旋量子比特的方法。量子比特涉及最高占据轨道的塞曼子能级。这样的量子比特可以被初始化、寻址、操纵、读出并相干耦合到其他量子环。对弛豫和退相干进行了广泛的讨论。通过与量子点的类比，计算了实验上可实现的量子环结构的自旋-轨道相互作用引起的自旋弛豫时间。条件下，量子比特建立在量子环可以有很长的弛豫时间的顺序秒。快速改进的纳米纤维技术使得这种环形器件在实验上是可行的，从而有望用于量子态工程。
Real time relaxation dynamics of macroscopically photo-excited electrons toward the Fermi degeneracy formation in the conduction band of semiconductors
本文结合半导体材料（GaAs，InP）的时间分辨双光子光电子能谱测量实验，从理论上研究了宏观光激发电子的实时弛豫动力学过程，以及半导体材料的导带空位中费米简并的形成。在光激发后不久，整个电子显示出相当快速的弛豫，就像雪崩现象，主要是由于连续的多（光学和声学）声子发射。重复这一多声子过程，电子的整个能量分布被示出为在宽导带的下部上大大拉长的多峰结构。然而，在激发后约1 ps，这种弛豫严重减慢，因为从费米能级附近的电子发射长波声学声子变得非常困难。通过使用电子温度近似，我们表明，这种缓慢的弛豫时间成反比。因此，完全费米简并的形成需要无限的时间。这些理论结果与前面提到的最近的实验是完全一致的。
Theory of Thermal Relaxation of Electrons in Semiconductors
我们计算的瞬态动力学的声子接触高能量的“热”载流子在12极性和非极性半导体，使用第一性原理玻尔兹曼输运框架。对于大多数材料，我们发现，在电子温度的衰减偏离显着从一个单指数模型的时间范围从1 ps到15 ps后的电子激发，伴随着非热振动模式的出现的现象。我们证明，这些效应是由于声子子系统内的缓慢热化造成的，这是由这些材料中电子-声子和声子-声子相互作用的时间尺度的巨大不均匀性引起的。我们提出了一个广义的2-温度模型占声子热化作为限制步骤的电子-声子热化，它捕捉到了半导体中的热电子和空穴的全部热弛豫。我们的研究结果的一个直接后果是，对于半导体，关于电子-声子和声子-声子耦合的光谱分布的信息可以从电子温度的多指数行为中提取。
Coulomb-induced Rashba spin-orbit coupling in semiconductor quantum wells
在没有外场的情况下，半导体量子阱中二维电子气中的Rashba自旋轨道相互作用（SOI）完全来自电离施主的屏蔽静电势。我们调整量子阱的波函数，使得占据第一（最低）子带的电子沿着生长轴（Sz）保持其自旋投影，而占据第二子带的电子由于Rashba SOI而进动。这种特殊设计的量子阱可以用作自旋弛豫触发器：当施加的电压（或电流）低于某个阈值V* 时，电子守恒Sz;较高的电压开启Dyakonov-Perel自旋弛豫。
Deformation Electron-Phonon Coupling in Disordered Semiconductors and Nanostructures
我们研究了无序半导体和低维结构中的电子-声子弛豫（退相）速率。弛豫是由电子通过形变势散射和杂质和缺陷的弹性电子散射的干涉决定的。我们发现，与金属中的相消干涉相反，半导体结构中的干涉显著地增强了有效的电子-声子耦合，这导致了电子-声子相互作用的Pippard无效条件。所得结果解释了硅结构中的能量弛豫现象。
Heat Conduction and Energy Relaxation in an InAs Nanowire Approaching the Clean One-Dimensional Limit
研究InAs纳米线中热传导与能量弛豫，通过一维热传输模型计算出电子-声子热流与温度平方次方成正比，揭示了清洁一维电子气与声子浴耦合的热输运机制。
Valley relaxation of resident electrons and holes in a monolayer semiconductor: Dependence on carrier density and the role of substrate-induced disorder
利用时间分辨的光学克尔旋转，我们测量了剥离的WSe $_2$单分子膜中的电子和空穴的低温谷动力学作为载流子密度的系统函数。为了调和迄今为止报道的单层半导体中载流子谷动力学的许多不同的时间尺度，我们直接比较了具有不同介电环境的两个静电门控WSe $_2$单层中的掺杂依赖的谷弛豫。在完全封装的结构（hBN/WSe $_2$ /hBN，其中hBN是六方氮化硼）中，发现谷弛豫是单指数的。在低载流子密度下，谷弛豫时间$τ_v$相当长（$\sim$ 10~ $μ$ s），但在高电子或空穴密度下迅速减小到小于100~ns（$\gtrsim$ ~cm $^{-2}$）.相反，在直接置于二氧化硅上的部分包封的WSe $_2$单层（hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$）中，载流子谷弛豫在低载流子密度下是多指数的。这种差异归因于来自SiO $_2$衬底的环境无序。出乎意料的是，非常小的面外磁场可以增加$τ_v$，特别是在hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$结构中，这表明由无序诱导的局域态可以在去极化自旋和介导单层过渡金属-二硫族化物半导体中的驻留载流子的谷弛豫中起重要作用。
Nuclear magnetic resonance probes for the Kondo scenario for the 0.7 feature in semiconductor quantum point contact devices
我们提出了一种基于核弛豫和奈特位移测量的探测器，用于半导体量子点接触（QPC）器件中“0.7特征”的近藤方案。我们表明，在QPC中的束缚电子的存在下，将导致一个更高的核弛豫速率相比，通过交换自旋与传导电子的核弛豫。此外，我们表明，这种核弛豫的温度依赖性是非常非单调的，而不是线性T弛豫与传导电子耦合。我们提出了一个定性分析的额外的松弛由于核自旋扩散（NSD）和研究在何种程度上NSD影响我们的方法的有效性范围。结论是，核弛豫，结合奈特位移测量，可以用来验证是否0.7的功能确实是由于在QPC中的束缚电子的存在。
Tuning relaxation and nonlinear upconversion of valley-exciton-polaritons in a monolayer semiconductor
研究强带电MoSe2单层在可调开放式微腔中的强光-物质耦合，发现载流子气体显著改变激子极化子光致发光响应，并实现从trion到激子极化子的非线性上转换发光，揭示了俄歇散射与声子吸收的微观机制。
Isotope purification induced reduction of spin relaxation and spin coherence times in semiconductors
顺磁缺陷和核自旋通常是由半导体中的光学可寻址点缺陷自旋实现的固态量子比特中的退相干和自旋弛豫的主要来源。人们普遍认为，核自旋的高度耗尽可以通过减少磁噪声来提高相干时间。在这里，我们表明，超过一定的最佳水平的同位素纯化变得适得其反，当电子和核自旋都存在于附近的量子位。使用国家的最先进的数值工具，并考虑在各种自旋环境中的硅空位量子比特，我们证明，耦合到自旋1/2点缺陷的晶格中，可以显着增强同位素纯化。增强的耦合缩短了自旋弛豫时间，这反过来可能限制自旋量子比特的相干时间。我们的结果可以直接推广到三重态点缺陷量子比特，如金刚石中的NV中心和SiC中的双空位。
Spin blockade at semiconductor/ferromagnet junctions
本文从理论上研究了自旋极化电子在半导体/铁磁结中的提取。多数自旋电子从半导体流出进入铁磁体，在结附近的半导体区域中留下少数自旋电子云，在半导体/铁磁体界面处形成局部自旋偶极配置。这种少数自旋云可以限制通过结的多数自旋电流，从而在临界电流下产生明显的自旋阻塞。我们计算的临界自旋封锁电流在平面和圆柱形的几何形状，并讨论可能的实验测试我们的预测。
Donor-driven spin relaxation in multi-valley semiconductors
我们提出了一个理论的自旋弛豫的电子由于散射的中心电池电位的杂质在硅中。考虑到导带的多通道性质和平移对称性的破坏，自旋翻转幅度由这种短程杂质散射主导，之后电子被转移到$k$空间中不同轴上的谷（所谓的$f$过程）。这些$f$ -过程在所有温度下主导自旋弛豫，其中在低温下散射离开杂质中心晶胞主导，并且在升高的温度下与$Σ$ -轴声子散射。据我们所知，该理论是第一个解释和精确量化的自旋弛豫杂质身份的依赖性。因此，新的形式填补了长期以来$n$型硅自旋弛豫理论的空白，它是有价值的硅基自旋电子器件的表征。
Magneto-Gyrotropic Photogalvanic Effects in Semiconductor Quantum Wells
我们表明，自由载流子（德鲁德）吸收的偏振和非偏振太赫兹辐射的量子阱（QW）结构中的平面内磁场的存在下，导致光电流。实验和理论分析表明，所观察到的光电流是自旋相关的，并与量子阱的回转性有关。基于量子阱中光激发和弛豫过程的不对称性，提出了量子阱中光电流效应的微观模型。在大多数的研究结构中，所观察到的磁致光电流是由非平衡载流子的自旋相关弛豫引起的。
Magnetic flux induced spin polarization in semiconductor multichannel rings with Rashba spin orbit coupling
我们表明，一个有限的磁通量线程的多通道半导体环诱导自旋积累在样品的边界时，Rashba自旋轨道相互作用被考虑在内，即使在没有外部电场。
Current-induced spin orientation in semiconductors and low-dimensional structures
本文简要介绍了体半导体和各种尺寸的半导体结构中的电流诱导自旋极化。讨论了能带结构和自旋弛豫过程的作用。讨论了自旋霍尔效应、逆自旋霍尔效应等相关现象。同时也介绍了我们在这一领域的最新研究成果。
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