Особенности электронной и спиновой динамики в граничном слое гетероструктуры AlGaAs/GaAs

• Автор: Иванин, Константин Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Содержание

Введение

Глава 1. Двумерный электронный газ

1.1. Г етеропереходы

1.2. Механизмы релаксации

1.3. Временные масштабы процессов в гетероструктурных

полупроводниках

1.4. Методика создания образца

1.5. Принципы метода четырехволнового смешения

Глава 2. Исследование электронной динамики в двумерном электронном газе
2.1. ' Метода “накачка-зондирование”
2.2. Исследование электронной динамики методом наведенной
“решетки”
2.3. Метод “фотонного эха”
2.4. Экспериментальная установка и ее особенности
2.5. Результаты и их обсуждение
2.6. Результаты и выводы к главе
Глава 3. Исследование спиновой динамики в двумерном электронном газе
3.1. Оптическая ориентация спинов электронов
3.2. Создание наведенной решетки спинов
3.3. Метод, основанный на времяразрешенном оптическом
эффекте Керра
3.4. Метод, основанный на эффекте Керра в магнитном поле

3.5. Результаты и их обсуждение
3.6. Результаты и выводы к главе
Заключение
Благодарности
Список цитированной литературы

Введение
Спин-зависимые эффекты в полупроводниках в последнее время привлекают внимание в связи с идеей использовать спиновые степени свободы в микроэлектронных приборах. Эта идея развилась в направление в прикладной физике полупроводников, получившее название «спинтроника» [1]. Существующие проекты «спинтронных» устройств, как правило, основаны на инжекции поляризованных по спину электронов в немагнитный полупроводник из ферромагнитного металла через омический контакт [2]. К сожалению попытки последних десятилетий нельзя назвать удачными, вследствие чрезвычайно малой поляризации инжектированных электронов (менее 1%). Исследование динамики электрона и электронного спина способно дать сведения о релаксационных процессах, которые существенны для эффективной работы обычных электронных и оптоэлектронных приборов. Электронные элементы и чипы памяти, оперирующие со спином электрона вместо его заряда, обещают стать значительно быстрее электронных аналогов и потреблять меньше энергии. Одной из основных проблем спинтроники на современном этапе исследований является поиск и изучение перспективных полупроводников с большим коэффициентом диффузии спинов и временем сохранения информации о спиновом состоянии. С другой стороны так же представляет интерес для современной микроэлектроники поиск и изучение полупроводников (гетероструктур) с высокой подвижностью электронов с целью создания сверхбыстрых транзисторов [3, 4].
Существуют два основных пути управления и исследования спиновой и электронной динамики в полупроводниковых структурах - электрические и оптические методы. Представляется удобным использовать именно оптические методы, поскольку ориентация спинов носителей заряда даёт сильную оптическую нелинейность, нет необходимости создания контактов и источников спинового тока, при этом существует возможность управлять
зарядовыми и спиновыми токами независимо.

интенсивный лазерный импульс, в то время как для зондирования применяется излучение суперконтинуума [54]. Это дает возможность зондировать возбужденные состояния в широком диапазоне энергий (0,8-
Продемонстрируем идею ритр-ргоЬе эксперимента на конкретном примере, на полупроводнике СаАх. Методом, описанным выше, возможно осуществить и продетектировать переход электрона из валентной зоны в зону проводимости. В начальный момент времени ультракороткий лазерный импульс (рис. 2.2) с энергией кванта, равной ширине запрещенной зоны, переводит некоторое количество электронов в возбужденное состояние. Со временем происходит релаксация, и система возвращается в состояние равновесия. В течение этого времени первоначально возбужденные электроны могут быть обнаружены вторым импульсом путем исследования уменьшения коэффициента поглощения.
3,ЗэВ [55]).

«V -2- е

Валентная зона
Рисунок 2.2 Иллюстрация ритр-ргоЬе эксперимента на примере полупроводника СаА.ч