Dynamic detection of electron spin accumulation in ferromagnet-semiconductor devices by ferromagnetic resonance
铁磁半导体器件中自旋累积的一个显著特征是半导体在磁场中的非平衡自旋布居的进动。这是检测技术的基础，如汉勒效应，但随着半导体中自旋寿命的降低，这些方法变得不那么有效。由于这个原因，没有电汉勒测量已被证明在GaAs在室温下。我们在这里表明，通过迫使铁磁体（自旋注入器和检测器）的磁化在铁磁共振频率进动，电产生的自旋积累可以检测到从30至300 K。在低温下，半导体中自旋积累的明显拉莫尔旋进可以通过斜场铁磁共振检测到。我们验证了这种新的自旋检测技术的有效性，通过比较注入偏置和温度依赖性的测量自旋信号使用传统的方法得到的结果。我们进一步表明，这种新方法可以测量短自旋寿命（< 100 psec），这是使用传统Hanle技术在半导体中无法实现的。
2015-08-09 cond-mat.mes-hall
Knight shift and nuclear spin relaxation in Fe/n-GaAs heterostructures
利用横向自旋阀器件中电子自旋系统对核磁共振（NMR）的响应，研究了Fe/ \emph{n} -GaAs异质结构中动态极化的核自旋系统.超精细相互作用对施主束缚电子态的作用比对导带中的电子态的作用更强。我们提供了一个定量模型的温度依赖性的供体网站的占领。利用这个模型，我们计算了每个同位素的超精细和四极核弛豫率的比值。对于测量的所有温度，四极弛豫将核自旋极化的空间范围限制在供体位点的玻尔半径内，并且直接负责测量的NMR信号幅度的同位素依赖性。超精细相互作用也是导致核共振频率的$2\text{ kHz}$奈特位移的原因，该奈特位移被测量为电子自旋累积的函数。奈特位移提供了一个测量的电子自旋极化，同意定性与标准的自旋输运测量。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall
Giant edge spin accumulation in a symmetric quantum well with two subbands
本文研究了形成于具有两个子带的对称势阱中的高迁移率二维电子气的边自旋积累。该研究受到Hernandez等人[Phys. Rev. B { \bf 88}，161305（R）（2013）]的最近实验的强烈激励，该实验证明了双层对称GaAs结构的边缘附近的自旋积累，而单层配置中没有影响。我们考虑的自旋轨道相互作用的内在机制是由两个相反宇称的子带态之间的耦合引起的。我们得到一个参数大幅度的边缘自旋密度的两个子带的样本相比，通常的单子带结构。我们表明，在系统中存在的差距，即，两个子带底部之间的能量分离$Δ$显著地改变了边缘自旋累积的图像。因此，通过改变费米能（电子密度）和/或$Δ$，可以容易地从弱自旋积累区前进到强自旋积累区。我们估计，通过将间隙$Δ$从零改变到$1÷2$ K，效应的大小改变了三个数量级。这为设计新的自旋电子器件开辟了可能性。
2017-02-13 cond-mat.mes-hall
Spin accumulation and decay in magnetic Schottky barriers
电荷和自旋输运的理论在正向偏置肖特基势垒揭示的特性和实验相关的功能。发现电导失配增强了半导体中电流引起的自旋不平衡。的GaAs| MnAs界面电阻是由Stephens等人的磁场依赖的克尔旋转实验的分析得到的，并与本征界面的第一性原理计算进行了比较。随着电流偏置的增加，界面的透明度增长的理论值，反映了越来越有效的肖特基势垒屏蔽。
2005-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Triggering and probing of phase-coherent spin packets by time-resolved spin transport across an Fe/GaAs Schottky barrier
时间分辨电自旋输运被用来产生和探测GaAs中的自旋电流。我们使用高带宽的电流脉冲注入相位相干自旋包从Fe到n-GaAs。通过时间分辨的法拉第旋转，我们证明了自旋注入一个明确定义的相位通过观察多个拉莫尔进动周期。我们还表明，自旋进动的光学产生的自旋包在n-GaAs可以探测电自旋极化的光电流脉冲。注射和检测实验不是彼此的直接倒数。特别是，我们发现，由光电流脉冲产生的界面自旋积累起着至关重要的作用，在时间分辨的电自旋检测。
2012-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Drift and Diffusion of Spins Generated by the Spin Hall Effect
利用克尔旋转显微镜对n-GaAs沟道中由于自旋霍尔效应而产生的电自旋积累进行了成像，重点研究了其在磁场中的空间分布和时间平均行为。空间分辨成像表明，由于样品边界处产生的自旋极化的纵向漂移，在横向臂中观察到的自旋累积会发展。一维和二维漂移扩散模型被用来解释这些功能，提供了一个更完整的理解自旋积累和自旋霍尔效应的意见。
2007-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient spin injector into semiconductors driven by elastic waves
自旋不平衡在半导体中的产生对于许多自旋电子器件的功能是至关重要的。自旋注入器到半导体中的有吸引力的设计是基于来自旋进铁磁体的自旋泵浦，通常由微波磁场激发，导致器件的高功耗。在这里，我们从理论上描述了一个自旋注入器，大大减少了能量损失，其中的磁动力学是由注入到铁磁半导体异质结构的弹性波激发。为了证明这样的注入器的有效运作，我们进行微磁弹性模拟的耦合的弹性和磁性动力学在Ni膜和Ni/GaAs双层。对于厚Ni膜，它示出，单色声波产生具有相同的频率和波长的自旋波，其在几微米的距离上传播的激励频率接近铁磁共振的频率。Ni/GaAs双层膜的模拟与Ni厚度的注入的声波的波长相媲美，展示了在Ni/GaAs界面的稳态磁化旋进的发展。这种进动的振幅在Ni厚度处具有最大值，相当于弹性波波长的四分之三，这可以通过分析模型来解释。利用Ni/GaAs界面处磁化进动的模拟数据，我们计算了注入GaAs的自旋电流，并通过求解自旋扩散方程计算了其中的自旋积累。然后通过拉普拉斯方程的数值解确定由自旋流和逆自旋霍尔效应产生的电信号。结果表明，这些交流信号的振幅足够大的实验测量，这表明一个有效的声学驱动自旋抽运到GaAs。
2020-12-17 cond-mat.mes-hall
Non-linear spin filter for non-magnetic materials at zero magnetic field
将自旋累积转换为电荷电流的能力对于自旋电子学中的应用是必不可少的。在半导体中，自旋-电荷转换通常使用逆自旋霍尔效应或使用大磁场来实现。在这里，我们展示了一个通用的方法，利用自旋和电荷电流之间的非线性相互作用，执行全电，快速和非侵入性的检测自旋积累，而不需要一个磁场。我们展示了这种技术的操作与弹道GaAs孔作为一个模型系统与强自旋轨道耦合，其中量子点接触提供了非线性能量过滤器。这种方法一般适用于具有强自旋轨道耦合的电子和空穴系统。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
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
Chirality-Induced Magnet-Free Spin Generation in a Semiconductor
该研究在n掺杂GaAs中通过金电极和手性分子单层注入电流，利用手性诱导自旋选择性实现无磁自旋积累，并以汉勒效应验证，为无磁半导体自旋电子学提供了新方案。
2024-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Giant magnetoresistance in semiconductor / granular film heterostructures with cobalt nanoparticles
本文研究了SiO ${}_2$（Co）/GaAs和SiO ${}_2$（Co）/Si异质结构中的电子输运，其中SiO ${}_2$（Co）结构是含有Co纳米颗粒的颗粒状SiO ${}_2$薄膜.在SiO ${}_2$（Co）/GaAs异质结中观察到巨磁电阻效应。当电子从颗粒膜注入到GaAs半导体中时，该效应具有正值，并且具有温度峰型特征。该效应的温度位置取决于Co浓度，并且可以通过所施加的电场而移位。对于SiO_2 ${}_2$（Co）/GaAs异质结，掺杂浓度为71 at.% Co的磁电阻在室温下达到1000（$10^5$ %）。相反，对于SiO ${}_2$（Co）/Si异质结构，磁电阻值很小（4%），而对于SiO ${}_2$（Co）薄膜，磁电阻值则相反。SiO ${}_2$（Co）/GaAs异质结构中的高磁电阻效应是由磁场控制的碰撞电离过程在界面附近的半导体中形成的自旋相关势垒附近解释的。通过势垒并触发雪崩过程的电子的动能被施加的磁场减小。这种电子能量的抑制推迟了碰撞电离的开始，以更高的电场和巨磁电阻的结果。自旋相关势垒是由于半导体中积累电子层中的电子与Co的$d$ -电子之间的交换相互作用。
2009-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nanoscale Spin Injector Driven by a Microwave Voltage
我们提出了一个电驱动自旋注入到正常的金属和半导体，这是基于磁隧道结（MTJ）受到微波电压。这种注入器的有效功能是由MTJ的“自由”层中的电诱导磁化旋进提供的，其产生进入金属或半导体覆盖层的自旋泵。我们从理论上描述了CoFeB/MgO/CoFeB/Au（GaAs）异质结中的自旋和电荷动力学。首先，在自由CoFeB层中的磁动力学是量化的自旋转移扭矩和电压控制的磁各向异性的帐户。通过数值求解磁动力学方程，我们确定的进动幅度上的频率$f$和幅度$V_\mathrm{max}$的交流电压施加到MTJ的依赖性。发现频率依赖性在阈值幅度$V_\mathrm{max} \approx 200$ mV以上急剧变化，由于非线性效应在谐振频率$f_\mathrm{res}$处表现出突变。的磁化动力学得到的结果被用来描述自旋注入和泵浦到Au和GaAs覆盖层。由于产生的自旋电流由于逆自旋霍尔效应而产生额外的电荷电流，我们还计算了厚Au覆盖层中的电势分布。计算表明，在$f = f_\mathrm{res}$处，产生的横向电压变得实验上可测量。最后，我们评估的自旋积累在一个长的n $^+$ -GaAs条耦合到MTJ，并确定其时间变化和空间分布沿酒吧。据发现，在共振激发下的自旋积累是足够大的实验检测，即使在微米距离的MTJ。该结果证明了所述纳米级自旋注入器的高效率。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin generation away from boundaries by nonlinear transport
在几种感兴趣的情况下，自旋极化可能会产生远离样品的边界由电流的非线性效应，即使当这样的生成被禁止的对称性在线性制度。我们提出了一个解析可解的模型，自旋积累的结果从电流梯度，非线性和立方各向异性的组合。此外，我们表明，即使各向同性的导电性，在低对称性的几何形状的非线性效应可以产生远离边界的自旋极化。最后，我们发现，从边界的漂移结果在自旋极化模式，占主导地位的最近的实验GaAs的Sih等人。97，096605（2006）]。
2007-03-25 cond-mat.mes-hall
Time-resolved Dynamics of the Spin Hall Effect
半导体中载流子自旋极化的产生和操纵仅仅通过电场已经获得了显著的关注，这既是自旋轨道物理的有趣表现，也是潜在的自旋电子学器件的有价值的能力。自旋霍尔效应（SHE）是这些自旋-轨道现象的一种实现方式，已经被研究作为半导体和金属系统中全电自旋电流产生和自旋分离的手段。以前的测量自旋霍尔效应集中在稳态产生和时间平均检测，没有直接解决的自旋相干时间的时间尺度上的积累动态。在这里，我们展示了时间分辨测量的动态自旋积累所产生的非本征自旋霍尔效应在掺杂GaAs半导体沟道。使用电泵浦的时间分辨克尔旋转，我们的图像的积累，进动和衰减动力学通道边界附近的空间和时间分辨率，并确定多个演化时间常数。我们利用精确和数值解技术，使用时间相关的扩散分析模型，这些过程中发现，底层的物理自旋相干时间不同的自旋积累和衰减的样品边缘附近观察到的动力学速率。
2008-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin precession and inverted Hanle effect in a semiconductor near a finite-roughness ferromagnetic interface
虽然已经证明了通过铁磁隧道接触的电自旋注入在各种非磁性介质中产生自旋极化，但许多基本行为都存在很大争议。据报道，在这里的半导体/Al 2 O3/铁磁隧道结构的基础上Si或GaAs的局部静磁场所产生的界面粗糙度显着改变，甚至主导的积累和动力学的自旋在半导体。在非均匀磁场中的自旋旋进被示出为将自旋累积减少多达十倍，并且使其与注入器磁化不均匀且非共线。反向汉勒效应作为实验签名。这种相互作用需要考虑到实验数据的分析，特别是在提取自旋寿命及其随不同参数（温度，掺杂浓度）的变化。它使标准汉勒曲线变宽，从而使自旋寿命明显减少。对于重掺杂的n型硅在室温下，它示出的自旋寿命是大于先前确定的，并得到一个新的下限为0.29纳秒。预计结果是普遍的，并发生在磁界面附近的自旋不仅在半导体，而且在金属，有机和碳基材料，包括石墨烯，并在各种自旋电子器件结构。
2011-07-01 cond-mat.mes-hall
Spin Inertia of Resident and Photoexcited Carriers in Singly-Charged Quantum Dots
利用具有交替螺旋度的圆偏振光激发，可以研究大范围系统中的自旋动力学。自旋极化对螺旋度交替频率的依赖性，即自旋惯性效应，被用来研究单电荷（In，Ga）As/GaAs量子点中的自旋动力学，从而深入了解自旋的产生和积累过程.我们证明了$n$和$p$型量子点的自旋极化对外部磁场的依赖性分别具有特征性的V和M形状。这种差异与载流子自旋取向的微观机制不同有关。它使我们能够确定自旋动力学参数的基态和激发态的单电荷量子点。
2018-08-27 cond-mat.mes-hall
Generating Spin Currents in Semiconductors with the Spin Hall Effect
我们研究了GaAs结构中自旋霍尔效应产生的电诱导自旋电流，区分边缘效应和自旋输运。使用克尔旋转显微镜图像的自旋极化，我们证明，所观察到的自旋积累是由于横向体电子自旋电流，它可以驱动自旋极化近40微米到一个区域，其中有最小的电场。使用一个模型，包括自旋漂移的影响，我们确定的横向自旋漂移速度的自旋极化的磁场依赖性。
2006-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field inversion asymmetry: Rashba and Stark effects for holes in resonant tunneling devices
我们报告激子自旋分裂的实验证据，除了传统的塞曼效应，产生的Rashba自旋轨道相互作用，斯塔克位移和电荷屏蔽的组合。研究了p型GaAs/AlAs双势垒共振隧穿二极管（RTD）在外加偏压和磁场作用下充放电过程中的电场诱导自旋分裂调制.在光致发光的突变，与所施加的偏压，提供的信息的电荷积累效应的设备。
2006-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced effective masses, spin-orbit polarization, and dispersion relations in 2D hole gases under strongly asymmetric confinement
University of Waterloo（滑铁卢大学）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）
本研究通过低磁场磁输运技术重构二维空穴气体中重空穴分支的色散关系，揭示了自旋轨道分裂能量随波矢的变化，并发现重空穴质量受多体效应影响。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall
