GaAs及其量子阱中电子自旋极化、相干与弛豫动力学研究.pdf

中山大学
博士学位论文
GaAs及其量子阱中电子自旋极化、相干与弛豫动力学研究
姓名:滕利华
申请学位级别:博士
专业:光学
指导教师:赖天树
20090525
及其量子阱中电子自旋的极化、相干与弛豫动力学研究专业:光学博士生:滕利华指导教师:赖天树教授摘要自旋电子学主要研究如何在固体中有效的控制电子的自旋自由度,希望利用自旋自由度取代或结合传统电子器件中的电荷自由度,从而实现新型的自旋电子学器件来代替传统的电子器件。然而,真正利用半导体的自旋自由度实现自旋电子器件还有很长的路要走。原因在于半导体自旋电子学中电子自旋的极化、探测、弛豫和输运等基本问题尚需进一步的深入研究。近年来,超短激光脉冲技术的发展为人们研究光与物质相互作用的微观过程提供了高的时间分辨工具,本文利用该技术围绕自旋电子学的自旋极化、相干及弛豫等基本问题进行了研究,具体如第一,研究了常温与低温下本征导带中各能级带填充效应和带隙重整化效应的相互竞争,发现带底附近有明显的饱和吸收现象,然而高过超能量态带隙重整化效应强于带填充相应,出现吸收增强现象,并且能量越高吸收增强现象越明显。理论模拟结果和实验结果很好的符合。第二,发展了高过超能量态圆偏振光抽运一探测光谱的理论模型。理论上给出了导带中非简并二能级系统的电子自旋极化度定义。发现实验量子拍的振幅不仅仅依赖于电子初始自旋极化度,而是依赖于电子初始自旋极化度与自旋探测灵敏度及带填充因子三者的乘积。基于此模型的模拟计算表明导带底的电子初始自旋极化度仅约%,但电子初始自旋极化度随电子过超能量单调快速递增。当过保缱映跏甲孕ɑ燃纯纱%,表明基自旋电子器件应该工作在较高的过超能量态。第三,研究了电子自旋相干和电子弛豫动力学的能量演化。计算表明量子拍相位在Ψ南窒笃鹪从谇峥昭ḿ鄞坏即厩ㄇ慷瘸乜下:超能量仅大于
穴价带一导带跃迁强度。发现从重空穴价带一导带跃迁探测到的电子蜃佑氪轻空穴价带一导带跃迁探测到的电子蜃铀婀芰糠硬煌南咝怨叵担而说明畃理论的不完善性。发现自旋极化对电子弛豫动力学具有显著的影响。仅在导带底附近测量时,利用时间分辨圆偏振光和线偏振光抽运一探测光谱测试到的电子寿命一致,而在高过超能量电子态测量时,两种方法测试到的电子寿命不一致。第四,研究了及其量子阱中电子自旋极化度和弛豫时间的浓度依赖。在量子阱的研究中发现,强散射极限下,载流子浓度比较低,项的一次方项起主要作用,由于散射对非均匀扩展的抑制增强,自旋弛豫时间增大。然而,当载流子浓度足够大时,项的三次方项起主要作用,由于非均匀扩展和频脑銮浚孕谠ナ奔渌嬖亓髯优ǘ鹊脑龃蠖跣 7⑾痔錑即底附近电子初始自旋极化度小于通常认为的,并且电子初始自旋极化度和自旋弛豫时间均随光注入载流子浓度的增大而减小,但该现象并非起源于以前认为的带隙重整化效应。体中随载流子浓度的增大圃銮恐敝疗鹬鞯作用,电子自旋弛豫增强。Ⅱ
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学位论椭授权声明导师擀:了乙奄协日期:哮易月雅绷哮论文原创性声明知识产权保护声明鳞纲睇学位论文作者签名:愿锄绰日期:砷年占月.;;日日期:卯侔骆萑日期:。辏拢畉日本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅,有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索,可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。学位论文作者签名:弓日本人郑重声明:我所提交答辩的学位论文,是本人在导师指导下完成的成果,该成果属于中山大学物理科学与工程技术学院,受国家知识产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利,均须由导师作为通讯联系人,未经导师的书面许可,本人不得以任何方式,与任何其它单位做全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。
第一章前言利用隧道磁电阻这一更先进的技术还可以制造出更新的信息存储器——磁随机是一个由多种学科交叉而形成的新兴领域,它利用的是半导体中的自旋态,包括载流子缱印⒖昭ā⒓ぷ的自旋,核自旋、外来磁性原子的自旋。主要研究如何有效的操作/控制固体中的电子自旋自由度惴旱囊庖迳弦舶ㄔ雍说淖孕杂啥云谠谄骷设计中使用自旋自由度来取代电荷自由度蛴胫嘟岷【。人们对白旋电子学的研究可以追溯到