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。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2018-11-26 cond-mat.mes-hall
Intrinsic electron spin relaxation due to the D'yakonov-Perel' mechanism in monolayer MoS$_2$
本文研究了单层二硫化钼中D 'yakonov-Perel'机制引起的内禀电子自旋弛豫。由于两个谷中垂直于单层二硫化钼平面的相反的有效磁场以及谷间的电子-声子散射，揭示了一个谷间的面内自旋弛豫通道。谷间电子-声子散射始终处于弱散射极限，导致面内自旋弛豫时间随温度的升高而迅速减小。面内自旋弛豫时间随电子密度的增加而减小。
2013-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
D'yakonov-Perel' spin relaxation in InSb/AlInSb quantum wells
通过自洽求解八带Kane模型和Poisson方程，从理论上研究了D 'yakonov-Perel'自旋弛豫时间。我们的结果显示了窄带半导体中由于反常自旋轨道相互作用而引起的独特的单带模型行为，并且与最近的实验（K. L. Litvinenko等人，New J. Phys. \textbf{8}，49（2006））。我们发现在4 K下，在一定的电子密度下，自旋沿[ $1\bar{1}0$ ]排列时，自旋弛豫时间出现了强烈的共振增强。该共振峰随着温度的升高而模糊。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Electron spin relaxation due to D'yakonov-Perel' and Elliot-Yafet mechanisms in monolayer MoS$_2$: Role of intravalley and intervalley processes
我们研究了单层MoS $_2$中由于D 'yakonov-Perel'和Elliot-Yafet机制引起的电子面内自旋弛豫，包括谷内和谷间过程.我们利用Löwdin分割方法从各向异性的两带哈密顿量出发，考虑导带的内禀自旋轨道耦合，构造了导带的有效哈密顿量.导带的自旋-轨道耦合导致谷内和谷间的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫。此外，由于带间自旋混合，还发生了Elliot-Yafet自旋弛豫。我们发现，D 'yakonov-Perel'机制占主导地位的面内自旋弛豫。在这个机制的框架内，intravalley过程中所示的低温下发挥更重要的作用，而在高温下的谷间变得更重要。在这两个温度之间，随着电子密度的增加，面内自旋弛豫的主导过程由谷间弛豫转变为谷内弛豫。此外，我们发现即使在高杂质浓度下，由于自旋轨道耦合中的主导项是各向同性的，这不会导致自旋弛豫以及电子-杂质散射，因此谷内过程也由电子-电子库仑散射主导。这与以前在半导体和石墨烯中的研究非常不同。
2013-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
D'yakonov-Perel' spin relaxation under electron-electron collisions in QWs
自旋弛豫的D 'yakonov-Perel'机制与缺乏对称中心的晶体中电子色散曲线的自旋分裂有关。在二维非中心对称系统中，例如量子阱或异质结，自旋分裂是${\bm k}$的线性函数，至少对于小的${\bm k}$值是如此。我们证明了自旋分裂引起的自旋弛豫时间$τ_s$不仅受到动量弛豫过程的控制，而且还受到电子-电子碰撞的控制，电子-电子碰撞对电子迁移率没有影响。为了计算考虑电子-电子散射的时间$τ_s$，我们求解了电子自旋密度矩阵的二维动力学方程。我们展示了如何可以扩展到允许的自旋极化的二维电子气的简并分布的理论。
2003-01-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
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
Decay of spin polarized hot carrier current in a quasi one-dimensional spin valve structure
本文研究了自旋阀结构中自旋极化热载流子电流的空间衰减，该结构由半金属铁磁接触和半导体量子线组成。由于Rashba自旋轨道相互作用引起的半导体中的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫，电流衰减。相关的弛豫长度被发现随着晶格温度的增加而减少（在30-77 K的范围内），并表现出非单调依赖于驱动电流的电场。的弛豫长度是几十微米，这是至少一个数量级大于已在可比的温度，Rashba相互作用强度和电场的二维结构的理论计算。这种改进是一维载流子限制的结果，其不一定抑制载流子散射，但仍然抑制D 'yakonov-Perel'自旋弛豫。
2003-10-10 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation in sub-monolayer and monolayer InAs structures grown in GaAs matrix
用时间分辨克尔转动谱研究了InAs/GaAs异质结构中的电子自旋动力学。InAs/GaAs异质结构由InAs（1/3 $\sim$ 1单层）嵌入（001）和（311）A GaAs基体组成。亚单层InAs样品的自旋弛豫时间比单层InAs样品的自旋弛豫时间显著增加。我们将自旋弛豫的减慢归因于运动窄化区域中的尺寸约束D \textquoteright{} yakonov-Perel \textquoteright{}机制。电子自旋弛豫时间和有效的g因子在亚单层样品被发现是强烈依赖于光子产生的载流子密度。讨论了D \textquoteright{} yakonov-Perel \textquoteright{}和Bir-Aronov-Pikus机制对自旋退相干的贡献，解释了不同载流子密度下自旋退相干的温度依赖性.
2009-02-03 cond-mat.mes-hall
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
Spin states in InAs/AlSb/GaSb semiconductor quantum wells
通过自洽求解Kane模型和Poisson方程，从理论上研究了InAs/AlSb/GaSb断隙量子阱中的自旋态. InAs/AlSb/GaSb量子阱中的自旋态与单带Rashba模型中的自旋态有很大的不同，这是由于电子-空穴杂化的结果。最低传导子带的Rashba自旋分裂表现出振荡行为。D 'yakonov-Perel'自旋弛豫时间随Fermi波矢的增加出现多个峰。通过在InAs和GaSb层之间插入AlSb阻挡层，可以大大减少杂化。因此，可以通过改变AlSb势垒的厚度来显着调节自旋取向、自旋分裂和D 'yakonov-Perel'自旋弛豫时间。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Ballistic spin resonance in multisubband quantum wires
Frolov等人[Nature（London）458，868（2009）]在准一维线中实验性地观察到弹道自旋共振。自旋共振是由外部静态磁场和振荡的有效自旋轨道磁场的组合，由于周期性反弹的电子的边界的一个狭窄的通道。当自旋轨道场的频率与外磁场周围的拉莫尔旋进频率相匹配时，观察到D 'yakonov-Perel自旋弛豫速率的增加。在这里，我们开发了一个模型来考虑多子带量子线的D 'yakonov-Perel机制与Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用。考虑到时间演化算符中的弹性自旋守恒杂质散射（海森堡表示），我们通过计算自旋算符的含时平均值来提取自旋弛豫时间。与自旋弛豫时间行为相关的非局域电压的磁场依赖性显示出宽的平台，与实验观察一致。该平台的出现是由于较高子带的注入和小角度散射。在这种量子力学方法中，自旋共振发生在具有相反自旋的量子线子带的自旋轨道诱导的能量反交叉附近。我们还预测了自旋弛豫时间作为磁场的函数在强自旋轨道耦合系统的异常下降。
2014-03-31 cond-mat.mes-hall
Long-Lived Spin Coherence States
研究了半导体异质结中自旋极化矢量方向不均匀时电子自旋相干性的演化。结果表明，由于D 'yakonov-Perel'弛豫机制引起的电子自旋弛豫时间基本上取决于初始自旋极化分布。这种效应起源于同向扩散的电子的相干自旋旋进。我们预测了一种新结构的长自旋弛豫时间：自旋相干驻波，并讨论了它的实验实现。
2003-11-10 cond-mat.mes-hall
Magnetic field effects on spin relaxation in heterostructures
从理论上研究了磁场对量子阱中电子自旋弛豫的影响。我们证明了Larmor效应和载流子的回旋运动既可以共同抑制D 'yakonov-Perel'自旋弛豫，也可以相互补偿。自旋弛豫率张量推导出任何给定方向的外部场和任意比例的体积和结构的贡献自旋分裂。我们的结果被应用到SiGe异质结构的电子自旋共振实验中，使我们能够提取这种量子阱的自旋分裂值。
2004-06-16 cond-mat.mes-hall
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
Optically-Induced Suppression of Spin Relaxation in Two-Dimensional Electron Systems with Rashba Interaction
本文讨论了二维系统中电子的脉冲技术，在某些方面类似于核磁共振中的自旋回波。我们表明，一个序列的光学带隙以下的脉冲可以用来抑制电子自旋弛豫由于D 'yakonov-Perel'自旋弛豫机制。在蒙特卡罗模拟方案中计算了几个脉冲序列的自旋弛豫时间。作为脉冲幅度/宽度的函数的自旋弛豫时间的最大值对应于$π$ -脉冲。重要的是，即使是相对遥远的脉冲也能有效地抑制自旋弛豫。
2007-02-08 cond-mat.mes-hall
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 relaxation in asymmetrical heterostructures
从理论上研究了非对称A $_3$ B $_5$异质结构中由D 'yakonov-Perel'机制引起的电子自旋弛豫.在很宽的结构参数和温度范围内，总自旋弛豫各向异性被证明。推导了GaAs基异质结和三角形量子阱的自旋弛豫速率依赖关系。计算表明自旋弛豫时间有几个数量级的差异。
2000-11-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling mediated tunable electron heat capacity of quantum wells
从索末菲展开得到的传导电子的热容量示出通过Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合参数是可调的。使用AlInSb/InSb/AlInSb作为具有可变阱和非对称势垒区的代表性异质结构，发现热容量对于自旋向下的电子是较高的，并且对于较宽的阱遭受减少。通过施加单轴应变可进一步降低。最后，我们提出了一种方法来确定自旋寿命的自旋放松通过D 'yakonov-Perel'机制从实验估计的热力学势，如亥姆霍兹自由能和热容。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Rashba Model and Spin Relaxation in Quantum Wells
我们发现Rashba自旋分裂本质上是动量的非线性函数，线性Rasha模型可能会高估它，特别是在窄隙材料中。提出了一个非线性Rashba模型，该模型与八带kp理论的数值结果符合得很好。使用这个模型，我们发现显着的抑制D 'yakonov-Perel'自旋弛豫率在大的电子密度，和一个非单调的依赖关系的共振峰位置的电子自旋寿命的电子密度在[111]取向的量子阱中，无论是在定性与线性Rashba模型的预测不一致。
2006-09-13 cond-mat.mes-hall
Suppression of Spin Relaxation in Submicron InGaAs Wires
我们研究了窄的二维n-InGaAs沟道中电子自旋动力学随沟道宽度的变化。自旋弛豫时间随着通道宽度的减小而增加，根据最近的理论预测，基于尺寸约束的D 'yakonov-Perel'机制。令人惊讶的是，抑制的弛豫速率，这是预期的一维限制，观察到的宽度是一个数量级大于电子平均自由path. We发现的自旋进动长度和通道宽度是相关的长度尺度来解释这些结果。
2006-02-06 cond-mat.mes-hall
Electron Density Dependence of in-plane Spin Relaxation Anisotropy in GaAs/AlGaAs Two-Dimensional Electron Gas
采用时间分辨克尔旋转技术研究了横向磁场下（001）GaAs/AlGaAs异质结构中二维电子的自旋动力学。由于Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合和D 'yakonov-Perel'自旋弛豫的干扰，在150 K以下，面内自旋寿命是各向异性的。面内自旋寿命的比率作为温度和泵浦功率的函数直接测量，显示在2DEG通道中的电子密度强烈影响Rashba自旋轨道耦合。
2012-03-29 cond-mat.mes-hall
Spin-dephasing anisotropy for electrons in a diffusive quasi-1D GaAs wire
我们提出了一个数值研究的电子自旋系综的退相扩散准一维GaAs线由于D 'yakonov-Perel'自旋退相机制。当线的宽度小于自旋旋进长度，Rashba和线性Dresselhaus自旋轨道场的强度相等时，发现线的自旋退相受到很强的抑制，这种抑制表现出对线相对于晶格的取向的很强的依赖性。现实情况下的相关性进行评估，通过研究这种效果如何降低偏离强度的Rashba和线性Dresselhaus字段，并列入三次Dresselhaus长期。
2008-10-08 cond-mat.mes-hall
Spin fluctuations and spin noise
本文从理论上研究了高电场作用下量子线中漂移电子系综平均自旋极化的时间涨落和由此产生的动力学噪声。电子最初从铁磁接触注入导线，其所有自旋沿导线轴极化。由于Rashba和Dresselhaus相互作用引起的D 'yakonov-Perel'弛豫，系综的平均自旋极化在输运过程中衰减。一旦达到稳定状态，平均自旋在零附近随机波动。这种波动的时间平均值为零。这种波动的自相关函数近似于洛伦兹函数，谱密度也是如此。据我们所知，这是第一次研究纳米结构中的自旋涨落和“自旋噪声”。
2003-12-03 cond-mat.mes-hall
Spin transport in polarization induced two dimensional confinement of carriers in wedge shaped \textit{c}-GaN nanowalls
从理论上研究了楔形\textit{c}取向GAN纳米壁中心垂直面内极化诱导二维电子气通道的自旋输运性质。由于限制势保持了导带和价带之间的空间对称性，因此即使当楔形形状不对称时，该系统中的Rashba效应也被抑制。已经发现，通过D 'yakonov-Perel'（DP）机制沿着约束方向取向的电子自旋的弛豫，这是在该高迁移率沟道中的主要弛豫过程，在低温下被完全关闭。自旋弛豫可以通过在栅极处施加合适的偏置来开启。利用这种显著的效应，一种新型的全电驱动自旋晶体管已经被提出。
2020-07-17 cond-mat.mes-hall
Decay of Persistent Spin Helix due to the Spin Relaxation at Boundaries
本文研究了在Bychkov-Rashba自旋轨道耦合和边界自旋弛豫存在下，一维有限长结构中的电子自旋弛豫。使用自旋动力学方程的方法，我们制定的情况下，部分自旋极化损失的边界条件。利用这些边界条件导出了自旋漂移扩散方程的相应边界条件。后者解析求解的情况下，在一维有限长度结构的均匀自旋极化的弛豫。结果表明，自旋弛豫由三个阶段组成（在某些情况下为两个阶段）--初始的D 'yakonov-Perel'弛豫之后是自旋螺旋的形成和随后的衰变.给出了衰减时间的解析表达式，并通过蒙特卡罗模拟的结果支持了解析结果。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall
Electron spin relaxation in graphene: the role of the substrate
发展了SiO $_2$衬底上石墨烯的电子自旋弛豫理论。衬底中的带电杂质和极性光学表面声子诱导了一个有效的随机Bychkov-Rashba-like自旋轨道耦合场，该耦合场通过D 'yakonov-Perel'机制导致自旋弛豫。分析估计和蒙特卡罗模拟表明，相应的自旋弛豫时间在微秒至毫秒之间，仅弱的温度依赖性。还有人认为，石墨烯上吸附原子的存在可能导致自旋寿命短于纳秒。
2009-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Control of spin dynamics in a two-dimensional electron gas by electromagnetic dressing
我们解决了在强高频电磁场（修整场）存在下，具有Rashba自旋轨道相互作用的二维电子气（2DEG）的薛定谔问题。发现的本征函数和本征能量的问题被用来描述的密度矩阵响应函数的形式主义内的自旋动力学的打扮的2DEG。求解自旋动力学方程，我们表明，修整场可以切换的情况下，对应于已知的Elliott-Yafet和D 'yakonov-Perel'制度之间的自旋弛豫的2DEG。结果，2DEG的自旋性质可以通过高频电磁场来调谐。目前的效果打开了一个未经探索的方式控制的自旋与光，因此，形成的物理先决条件，创造光调谐自旋电子器件。
2015-12-04 cond-mat.mes-hall
Temperature and Electron Density Dependence of Spin Relaxation in GaAs/AlGaAs Quantum Well
利用时间分辨克尔旋转技术研究了具有不同结构对称性的GaAs/AlGaAs量子阱的自旋动力学随温度和载流子密度的变化。与非对称GaAs量子阱相比，对称GaAs量子阱的自旋弛豫时间要长得多，表明Rashba自旋轨道耦合对自旋弛豫有很强的影响. D 'yakonov-Perel'（DP）机制是GaAs/AlGaAs量子阱自旋弛豫的主要机制。自旋弛豫时间表现出非单调依赖于温度和光激发载流子密度的行为，揭示了电子-电子库仑散射的非单调温度和密度依赖性的重要作用。我们的实验观察表明，与最近发展的自旋弛豫理论的基础上微观动力学自旋布洛赫方程的方法很好的协议。
2010-10-29 cond-mat.mes-hall
Anisotropic splitting of intersubband spin plasmons in quantum wells with bulk and structural inversion asymmetry
在半导体异质结构中，体和结构反转不对称性和自旋轨道耦合诱导了价和导子带的k依赖自旋分裂，这可以被视为由动量依赖的晶体磁场引起的。本文研究了这些有效磁场对非对称n型GaAs/AlGaAs量子阱中子带间自旋动力学的影响。我们用线性响应理论计算了子带间自旋等离子体激元的色散。所谓的D 'yakonov-Perel'退相干机制对于集体子带间激发是不活跃的，即，晶体磁场不会导致自旋等离子体激元的退相干。相反，我们预测，在子带间自旋动力学的体和结构反转不对称的主要签名是一个三倍，各向异性分裂的自旋等离子体色散。指出了多体效应的重要性，讨论了用非弹性光散射进行实验观测的条件。
2003-07-05 cond-mat.mes-hall
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
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。
2006-01-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Growth Direction Dependence of the Electron Spin Dynamics in {111} GaAs Quantum Wells
用时间分辨克尔旋转方法研究了生长在（111）A或（111）B取向衬底上的负掺杂-本征-正掺杂结构GaAs/AlGaAs量子阱中的电子自旋动力学.在这两种情况下，通过施加外部电场，自旋寿命显著增加，但是对于在（111）A上生长的结构，该电场必须指向生长方向，而对于在（111）B上生长的结构，该电场必须指向相反方向。这种延长的电子自旋寿命是抑制D 'yakonov-Perel自旋弛豫机制的结果[Sov. Phys. Solid State 13，3023（1972）]，这是由于内部Dresselhaus项[Phys.Rev.100，580（1955）]与外部电场诱导的Rashba项[J.Phys.C17，6039（1984）]的抵消效应，两者都控制导带自旋-轨道分裂。这些结果证明了生长方向在自旋电子器件设计中所起的关键作用。
2012-05-14 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation dynamics of quasiclassical electrons in ballistic quantum dots with strong spin-orbit coupling
利用路径积分方法模拟了半经典区域中Rashba自旋轨道相互作用对混沌和规则量子点自旋演化的影响。自旋极化动力学已被发现是显着不同的D 'yakonov-Perel'（DP）自旋弛豫体系统。在经典混沌系统和规则系统中，长时间自旋演化也有一个重要的区别。在前一种情况下，自旋极化弛豫到零的弛豫时间远大于DP弛豫，而在后一种情况下，它演变到一个时间无关的剩余值。基于Rashba SOI的Schroedinger方程的精确解的自旋演化的量子力学分析证实了对圆点的经典模拟的结果，预计这在一般规则系统中是有效的。相反，在混沌点中自旋弛豫到零与量子力学的预期相矛盾。这标志着在半经典模拟中错过的介观回波效应的重要性。
2004-05-11 cond-mat.mes-hall
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 Collective Spin-Orbit Field in a Quantum Well: Fine Structure of Spin Plasmons
我们利用磁场的非弹性光散射研究量子阱中的子带间自旋等离子体。我们证明了存在一个巨大的集体自旋轨道（SO）场，分裂成一个三重态的自旋等离子体光谱。这种效应是显著的，因为每个单独的电子将被期望在它自己的动量依赖的SO场中进动，导致D 'yakonov-Perel'退相。相反，多体效应导致SO场在集体水平上的显著组织。宏观自旋矩是由一个统一的集体SO场量子化的，比单独的SO场高五倍。我们提供了一个动力空间制图这一领域。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulating spin relaxation in nanowires with infrared light at room temperature
自旋电子器件通常依赖于长的自旋弛豫时间和/或长度以获得最佳性能。因此，用外部试剂调节这些量的能力提供了独特的可能性。在大多数技术上重要的半导体中占主导地位的自旋弛豫机制是D 'yakonov-Perel'（DP）机制，如果自旋载流子（电子）被限制在以某些结晶方向生长的量子线或多晶量子线中的单个传导子带，则DP机制消失。在这里，我们报告调制DP自旋弛豫速率（因此自旋弛豫长度）在自组装的50 nm直径的InSb纳米线与红外线在室温下。在黑暗中，几乎所有的电子在纳米线是在最低的传导子带在室温下，导致在DP弛豫几乎完全没有。这允许在磁阻中观察自旋敏感效应。在红外光照下，电子被光激发到更高的子带，DP自旋弛豫机制被恢复，导致自旋弛豫长度减少三倍。因此，在照明下不再观察到自旋敏感效应。这一现象在自旋电子学室温红外光电探测中可能有应用。
2015-07-29 cond-mat.mes-hall
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
An intuitive approach to the unified theory of spin-relaxation
自旋弛豫通常使用两种不同的方法来讨论具有和不具有反转对称性的材料。前者称为Elliott-Yafet（EY）理论，后者适用D 'yakonov-Perel'（DP）理论。我们在这里讨论一个简单而直观的方法来证明这两个看似不同的机制是密切相关的。相应的哈密顿量之间的一个令人信服的类比，通常的推导自旋弛豫时间，在各自的框架内的两个理论，可以执行。结果还允许获得较少的正则自旋弛豫制度;当材料具有大的准粒子加宽时EY的推广和超纯半导体中的DP机制。该方法还允许一个实用和直观的数值实现的自旋弛豫计算，这是证明了MgB $_2$，具有异常的自旋弛豫性能。
2017-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin polarization decay in spin-1/2 and spin-3/2 systems
我们提出了一个通用的统一理论自旋极化衰减由于自旋进动和动量散射的相互作用，适用于自旋1/2的电子和自旋3/2的空穴。我们的理论使我们能够识别和表征范围广泛的质量不同的制度。对于强动量散射或慢自旋进动，我们恢复了D 'yakonov-Perel的结果，根据该结果，自旋弛豫时间与动量弛豫时间成反比。另一方面，我们发现，在弹道制度的载流子自旋极化表现出非常不同的定性行为。在具有各向同性自旋分裂的系统中，自旋极化可以无限地振荡，而在具有各向异性自旋分裂的系统中，自旋极化通过自旋退相而减小，这是非指数的并且可能导致自旋极化的不完全衰减。对于弱动量散射或快速自旋进动，振荡或非指数自旋退相由与动量弛豫时间成比例的指数包络调制。然而，即使在这种情况下，在某些系统中，自旋极化的一部分可能会在很长时间内存活。最后，它表明，尽管性质不同的自旋旋进的价带，自旋极化衰减自旋3/2空穴系统中有许多相似之处，其对应的自旋1/2电子系统。
2007-09-24 cond-mat.mes-hall
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
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
Spin Relaxation in Quantum Wires
综述了自旋轨道耦合量子线中巡游电子的自旋动力学和自旋弛豫。介绍了自旋动力学，并回顾了半导体中的自旋轨道耦合机制。自旋扩散方程的自旋轨道耦合推导，只使用直观的，经典的随机行走参数。我们给出了一个概述所有的自旋弛豫机制，特别强调在无序导体的运动窄化机制，D 'yakonov-Perel'-Spin弛豫。在这里，我们讨论特别是，存在持久的自旋螺旋解决方案的自旋扩散方程，自旋弛豫率为零。然后，我们推导出的自旋扩散方程的量子线的解决方案，并表明，有一个有效的自旋轨道场的线的宽度小于自旋进动长度$L_{\rm SO}$。我们表明，由此产生的自旋弛豫率的减少导致的量子校正的电导率的符号的变化。最后，我们提出了最近的实验结果，证实了减少的自旋弛豫率在电线的宽度小于$L_{\rm SO}$：自旋弛豫率的直接光学测量，以及运输测量，这表明从弱反本地化弱本地化的线宽度减少的尺寸交叉。开放的问题仍然存在，特别是在较窄的弹道导线，光学和运输测量似乎发现相反的行为的自旋弛豫率：增强，抑制，分别。最后，我们回顾这些和其他开放的问题，仍然挑战的理论理解和建模的实验结果。
2010-12-16 cond-mat.mes-hall
Enhanced longevity of the spin helix in low-symmetry quantum wells
在半导体中，自旋织构的集体激发由于D 'yakonov-Perel自旋弛豫而衰减得相当快。后者来自自旋轨道耦合，其诱导依赖于波矢的自旋旋转，结合随机无序散射，产生自旋退相干。然而，在某些条件下发生的对称性可以防止特定的均匀和非均匀自旋织构的弛豫。不均匀的自旋织构，被称为持久的自旋螺旋，是特别有吸引力的，因为它使我们能够操纵自旋取向，同时保持长的自旋寿命。最近，有人预测，如果至少两个生长方向的米勒指数在模量上一致，并且Rashba和线性Dresselhaus自旋轨道耦合的系数适当匹配，则可以在zinc-zinc二维电子气中实现这种对称性[PRL 117，236801（2016）]。在本文中，我们系统地分析了破坏立方Dresselhaus自旋轨道耦合，这一般共存于这些系统中，对新兴的自旋螺旋相对于生长方向的稳定性的影响。我们发现，作为定向和由立方Dresselhaus项引起的有效磁场强度之间的相互作用，自旋弛豫对于可以由[225]晶格矢量很好地近似的低对称性生长方向是最弱的。与[001]取向的电子气体相比，这些量子阱产生30%的自旋螺旋寿命增强，并且值得注意的是，需要可忽略的Rashba系数。相应的自旋螺旋的旋转轴只是稍微倾斜出量子阱平面。这使得自旋螺旋动力学的实验研究容易获得传统的光学自旋取向测量，其中自旋被激发和检测沿量子阱生长方向。
2020-06-13 cond-mat.mes-hall
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
Zero-field spin-splitting and spin lifetime in n-InSb/In1-xAlxSb asymmetric quantum well heterostructures
利用已建立的8能带k.p公式[PRB 59，8 R5312（1999）]，计算了δ掺杂n型InSb/In 1-xAlxSb非对称量子阱中载流子密度范围内由于结构（SIA）和体（BIA）反转不对称性引起的最低导子带的自旋轨道（SO）耦合参数.我们目前的零偏压条件下，在10 K的计算。它示出的SIA和BIA参数的规模与载流子密度近似线性，并表现出显着的依赖于阱宽时，合金组合物进行调整，以允许最大上势垒高度为一个给定的阱宽。与其他材料系统的BIA自旋分裂的贡献被发现是显着的和可比的价值，在这些结构中的SIA机制。我们基于D 'yakonov-Perel机制，使用Averkiev等人的理论[J. Phys.：康登斯Matter 14（2002）]以及自旋绕有效磁场的进动速率，考虑所有三种SO耦合，显示出良好的一致性。在所考虑的中等载流子密度范围内，该方向的自旋寿命在窄阱中最大，这归因于窄阱中k立方BIA参数的减小幅度。固有的大BIA诱导SO耦合在这些系统中示出有相当大的影响的自旋寿命，表现出显着减少的最大自旋寿命相比，以前的研究认为系统具有相对较弱的BIA诱导SO耦合。在[001]方向上取向的自旋的弛豫速率由k-线性SIA和BIA耦合参数主导，并且至少比在[11-0]方向上大一个数量级。
2008-02-05 cond-mat.mes-hall
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 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
