江西师范大学电磁学研究专题论文翻译作业(中)热电子诱导的核极化.docx

热电子诱导的核极化摘要在GaAs／AlGaAs异质结构中，核子在填充因子V=3的朗道能级下产生局部极化的方法被证明。作者发现在液氦温度下，电子采用一个宽度沿着电子流变化的窄通道冷却（加热）采样，会引起核自旋极化在向外部磁场相反（趋近）。纵向的核自旋弛豫率随温度倒数的指数变化。近年来，由于半导体中的核自旋可能应用于量子信息技术，引起了人们极大的关注。核塞曼能量即使在强磁场也是非常小的，在热平衡条件下极化是可以忽略的。核自旋极化的电子可以被动态使用核触发器的过程从接触超精细相互作用产生的。通过使用由相互接触的超精细相互作用产生的电子-核触发器过程，核自旋的电子可以发生动态极化。哈密顿量是AI?S=A2[I+S?+I?S+]+AIzSz,其中，A（0）是一个超精细常数，I和S分别是核自旋跟电子自旋。对于砷化镓来说，有效的电子g因子（g=-0.44）和自由的电子g因子（g=+2.00）的敷好相反，并且电子的磁矩平行于自旋角动量以及那些晶格原子核。电子自旋共振（ESR）的测量表明，电子的自旋极化通过第一项弛豫引起核极化和第二项弛豫引起ESR谱线的移位（的Overhauser移位）用电流局部操纵动态核极化（DNP），诱导电子的自旋翻转的方式是可取的。以前有关电流驱动动态核极化（DNP）的工作可分为两类： 动态核极化的电子隧穿自旋分辨边缘通道之间的整数量子霍尔政权8–12和DNP自旋极化和自旋非极化的分数量子霍尔态之间的跃迁相关的诱导。这都需要一个远低于1k的非常低的温度和大多数实验都使用稀释冰箱进行。在这篇论文中，我们报告了在整数量子霍尔规则下利用热电子局部操控动态核极化。图1（a）显示由电子温度变化引起的动态核极化过程示意图，这将在稍后被论证。在朗道能级填充因子ν=odd的情况下，化学势μ取决于自旋分裂的水平，电子的自旋极化强烈地依赖对电子温度Te之间的差距，这可以很容易的通过控制电流密度来控制。电子自旋在电子冷却（加热）的情况下显著的从下到上（上下）翻转。电子自旋翻转部分涉及“失败”的核自旋通过接触超精细相互作用保持总自旋角动量，尽管他们可以通过其他的相互作用，如自旋轨道相互作用于是改变接口可以导致DNP的方向取决于电子冷却或加热。图.1（a）为电子冷却和加热引起的动态核极化过程的原理图。（b）为样品的几何原理图。样品是由一个具有4.8的×1015m?2电子密度和一个经过短暂的红色发光二极管照射产生的78m2/Vs流的GaAs／AlGaAs异质结构充当的这是安装在旋转阶段浸入液体中HE4，和外部磁场的角度是固定在24°远离垂直于界面。样品的几何形状是显示在图1（b）。宽度W的当前信道变化逐步（2，4，和8μ米）。假设一个大电流的电子流从接触1到4（I41??0）。热电子注入从狭窄的通道（W = 2μM）预计将在中央区域的冷却（W = 4μ米）之间的电压探头2和3（参考文献21）和导致DNP对外部磁场。由于在式（1）是积极的，消极的DNP（?IZ?＜0）提高了电子的塞曼能量由于第二学期。图2（a）显示在ν=?3 r14,23四终端电阻随时间的演化，这是一个后施加直流电流I41 10分钟使用一个小的交流currentiac14?0.1μ测量。为I41 = + 1μ，观察到的负偏差r14,23从平衡值。这是由于DNP的电子塞曼能量增强，表现出缓慢的指数衰减行为。一个类似但相反的行为观察后应用I41 =?2μ一表明，在中部地区的电子加热引起的DNP对外部磁场。的电阻变化核起源是通过核磁共振（NMR）确认装置。当磁场振荡的频率与共振频率，极化核迅速降低和r14,23从平衡值的偏差变小。电检测到的NMR是所有晶格原子核ga69，观察ga71，和as75。半最大值处的全宽度为ga71得到关于30khz，这是在同一量级的值报道，在以前的作品。9,10,1图二（a）施加直流电流I41?=?+?1μ后r14,23时间演化（下）和2个（上）?μ10分钟。（b）的r14,23在T?=?0作为一个功能ofi41应用T＜0的平衡值的偏差电阻的变化Δr14,23后施加直流电流（T?= 0）显示在图2（b）作为一个功能的I41。Δr14,23的大小表现出在+ 1和2个?μ两个方向分别为I41极值。在中部地区，有效地使DNP 21，电子温度变化的电流注入通道是必不可少的。为I41?=?+?1μ一，的电流密度J?=∣I41?/?W∣变化从0.5to0.25a/m大小，而它的变化从0.25to0.5a/m fori41?=?2μ一。V32和I41之间的非线性关系表明，电子温度（自旋极化）的显着0.25A /?M＜＜0.5a/m范围的变化[J].。事实上，衍生?（V32?/ I41）/?J在JMAX = 0.3a/m和V32?/ I41最大值从4KΩJ =?0.25A /?