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.
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).
| ||
|