Новости науки 10.01.02. Как увеличить времена спиновой релаксации
фотовозбужденных носителей?
В последние годы большое внимание уделяется развитию такого перспективного
направления как спиновая электроника (спинтроника). Исследуя спиновый
транспорт в полупроводниковых квантовых ямах, ученые из Германии
и Японии показали, что с помощью поверхностной акустической волны
удается существенно увеличить время спиновой релаксации фотовозбужденных
носителей заряда и, соответственно, расстояние, на которое на которое
их можно "транспортировать".
В отличие от обычной электроники, спиновая электроника связана
с манипулированием спинами электронов и дырок. Для создания спиновых
транзисторов и базовых элементов квантовых компьютеров необходимо
решить несколько проблем, в частности, необходимо уметь создавать
в полупроводнике спиновую поляризацию, по возможности увеличить
время спиновой релаксации и научиться управлять спиновым транспортом
в полупроводниковых и гибридных структурах. Одна из стоящих перед
исследователями задач - научиться управлять спинами фотовозбужденных
носителей заряда (электронов и дырок) и транспортировать носители
с ориентированными спинами на достаточные расстояния.
Рис.1. Схема эксперимента. На вставке схематично показано транспорт
фотовозбужденных носителей заряда поверхностной акустической волной.
При оптическом возбуждении полупроводника рождаются электрон-дырочные
пары, которые существуют в течение конечного времени, после чего
происходит рекомбинация (аннигиляция) электрона и дырки. С помощью
циркулярно поляризованного света можно создавать оптически ориентированные
электрон-дырочные пары, однако времена спиновой релаксации из-за
достаточно сильного обменного взаимодействия между электроном и
дыркой достаточно малы. При низких температурах из-за кулоновского
взаимодействия возникает связанное состояние электрона и дырки (экситон),
перекрытие волновых функций электрона и дырки увеличивается и, соответственно,
усиливается обменное взаимодействие. Соответственно, с одной стороны,
возможность транспорта носителей ограничивается временами рекомбинации
электрон-дырочных пар, а с другой - спиновая релаксация в системе
происходит достаточно быстро. Одно из возможных решений - использование
поверхностных акустических волн (ПАВ) (о взаимодействии поверхностной
акустической волны с носителями заряда см. в нашей заметке ). ПАВ обеспечивает пространственное разделение
электронов и дырок и, тем самым, увеличивает времена рекомбинации,
позволяя транспортировать носители на достаточно большие (порядка
нескольких микрон) расстояния. Исследования немецких ученых показывают,
что времена спиновой релаксации при этом также существенно возрастают
[1].
Эксперименты проводились на структуре с полупроводниковыми квантовыми ямами (тонкими слоями материала с меньшей шириной
запрещенной зоны, окруженными материалом с большей шириной запрещенной
зоны) GaAs/AlGaAs, находящимися вблизи поверхности. ПАВ обеспечивала
транспорт фотовозбужденных носителей заряда, и исследователи, проводя
поляризационные измерения, могли контролировать степень спиновой
поляризации на различных расстояниях от места генерации носителей
с микронной точностью (см. рис.1). Было установлено, что времена
спиновой релаксации увеличиваются в присутствии ПАВ более чем на
порядок и могут превышать одну наносекунду, что является достаточно
неплохим результатом.
1. T.Sogawa, P.W.Santos, S.K.Zhang et al. Phys.Rev.Lett. v.87,
276601 (2001).
|