透射光栅调制圆二色泵浦-探测光谱及其应用于GaAs量子阱中电子自旋双极输运动力学的研究.pdfVIP

透射光栅调制圆二色泵浦一探测光谱及其应用于GaAs 量子阱中电子自旋双极输运动力学研究 赖天树，陈科，王文芳 光电材料与技术国家重点实验室，物理与工程技术学院，广州510275 Emaihstshs@mail．sysu．edu．cn 电子自旋为半导体电子器件提供了一个新的操控自由度，期待与电荷自由度组合，发展新 一代低功耗、高集成度的纳米电子器件一自旋电子器件。然而，半导体自旋电子器件的成功依 赖于电子自旋极化、注入、输运、检测和控制等基本问题的成功解决。这些问题已成为目前国际 上的前沿研究热点。本文对其中自旋输运基本问题进行了研究。发展了一种新的时间分辨透射 光栅调制的泵浦一探测光谱技术及其理论，并应用于(110)GaAs量子阱中电子自旋双极输运 动力学研究，首次获得了电子自旋双极扩散系数的电子浓度依赖结果。这种新方法不仅比目前 国际上广泛使用的瞬态光栅衍射法具有高得多的灵敏度1湖，而且还能够同时测量电子自旋的 双极迁移率。 ．。 透射光栅调制的圆二色泵浦一探测光谱技术是在暑， 传统的时间分辨泵浦一探测圆二色光谱实验装置中引。；。 入黑白一维透射光栅。此光栅位于样品前，并尽量贴近 l3 2 样品。这样，圆偏振的泵浦和探测光强的空间分布都受i 到透射光栅的调制，变成一维周期结构。这种一维周期 ；。 结构的圆偏振泵浦光激发半导体样品，则在样品中激 0 30 100 150 2∞ 发起一维周期结构的自旋极化电子分布，而相同一维 Fig．1相同旋向圆偏振光泵浦一探测瞬态 周期结构的圆偏振探测光通过圆二色饱和吸收效应探 饱和吸收信号 测此自旋极化电子分布的衰减。实验测试的饱和吸收信号衰减速率不仅象通常的圆二色泵浦一 探测光谱一样，受到电子自旋弛豫和电子复合速率的控制，而且还受到自旋极化电子的扩散输 运速率控制，因为自旋极化电子扩散输运到透射光栅的黑区后，探测光就不能测试到它了。所 以，实验测试到的圆二色饱和吸收信号的衰减速率应该比没有透射光栅时测试到的圆二色瞬 态信号的衰减速率快。如Fig．1所示，虚线比实线衰减得快。通过如下方程(1)描述的理论模型 拟合实验信号，则可以获得电子自旋的双极扩散系数Ds。 (1) at(，)_加xp(。㈨【等+茎扣2(和exp(一等手刚】 式中人和a分别为黑白一维透射光栅的周期和白缝的宽度。下为电子自旋的有效弛豫寿 命。 参考文献： Gudelis，V．，Aleksiejunas，R．，andSudzius，M．，Appl．Plays．Lett．84，1043(2004)． 【6】Jarasiunas…J Miller,A．，Phys．Rev．Lett．76，4797(1996)． 【7】Cameron，A．R．，Riblet，P．，and Moore,J．，E。，Orenstein，J．，Stephens，J，Awschalom…DD。，Nature437，1330(2005)． f8】Weber,C．，P．C,edik…N J．Phys．Chem．99，2684(1995)． 【9】Vohringer,PSeherer,N…F Niu，z．，C．，and 【10】Yu，H．，L，Zhang,X．，M．，Wang,P．，F．，Ni，H．…QL丑i，T．，S．，Appl．Phys．Len．94，202109(2009)． 81