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Spindynamik in hochbeweglichen 2D-Elektronen- und Lochsystemen
Christian Gradl, Michael Kempf, Johannes Holler, Tobias Korn, Christian Schüller
Die zeitaufgelöste Faraday-Rotation ist eine Pump-Probe-Technik, die die Beobachtung der Spindynamik in Halbleiter-Heterostrukturen mit sub-Pikosekunden-Auflösung erlaubt. Mit einem zirkular polarisierten Pump-Puls werden in der Probe spinpolarisierte Elektron-Loch-Paare erzeugt. Ein zweiter, zeitlich verzögerter Probe-Puls dient zur Detektion der Spinpolarisation über den Faraday-Effekt. Eine Spinpolarisation in der Probe dreht die Polarisationsebene des linear polarisierten Probe-Pulses um einen kleinen Winkel. Über eine 'optische Brücke' sind kleinste Verkippungen der Polarisationsebene detektierbar. Die Zeitdifferenz zwischen Pump- und Probestrahl wird durch unterschiedliche Weglängen der Strahlen eingestellt.
Durch die Modulationsdotierung von Halbleiter-Heterostrukturen lassen sich zweidimensionale Elektronen- und Lochsysteme realisieren, in denen die Ladungsträger eine extrem hohe Beweglichkeit aufweisen. Damit sind diese Strukturen hervorragende Modellsysteme, um Vielteilcheneffekte (z.B. Elektron-Elektron-Wechselwirkung) zu untersuchen. Die Änderung der Dimensionalität ändert auch die Spin-Bahn-Wechselwirkung, dementsprechend wird die Spindynamik von Elektronen und Löchern drastisch verändert im Vergleich zu Volumen-Halbleitermaterial.
(a) In einem 2D-Elektronensystem kann die Spin-Bahn-Wechselwirkung eine deutliche Anisotropie haben. Dadurch wird die Spinlebensdauer von Elektronen mit verschiedener Spinorientierung stark unterschiedlich. Über zeitaufgelöste Faraday-Rotation mit angelegten Magnetfeldern lässt sich dieser Effekt beobachten.
(b)In einem 2D-Lochsystem kann bei sehr tiefen Temperaturen sowohl die Dynamik der Elektronen im Magnetfeld beobachtet werden, als auch die Dynamik der Löcher. Elektronen und Löcher haben stark unterschiedliche g-Faktoren, im Magnetfeld präzedieren sie also mit unterschiedlichen Frequenzen.
Einige ausgewählte Referenzen
  1. M. Kugler, T. Andlauer, T. Korn, A. Wagner, S. Fehringer, R. Schulz, M. Kubova, C. Gerl, D. Schuh, W. Wegscheider, P. Vogl, and C. Schüller:
    „Gate control of low-temperature spin dynamics in two-dimensional hole systems”,
    Phys. Rev. B 80, 035325 (2009).
     
  2. V. V. Belkov, P. Olbrich, S. A. Tarasenko, D. Schuh, W. Wegscheider, T. Korn, C. Schüller, D. Weiss, W. Prettl, and S. D. Ganichev:
    „Symmetry and spin dephasing in (110)-grown quantum wells”,
    Phys. Rev. Lett. 100, 176806 (2008).
     
  3. D. Stich, J. Zhou, T. Korn, R. Schulz, D. Schuh, W. Wegscheider, M.W. Wu, and C. Schüller:
    „Effect of Initial Spin Polarization on Spin Dephasing and the Electron g Factor in a High-Mobility Two-Dimensional Electron System”,
    Phys. Rev. Lett. 98, 176401 (2007).
     
  4. D. Stich, J. H. Jiang, T. Korn, R. Schulz, D. Schuh, W. Wegscheider, M.W. Wu, and C. Schüller:
    „Detection of large magneto-anisotropy of electron spin desphasing in a high mobility two-dimensional electron system in a [001] GaAs/AlGaAs quantum well”,
    Phys. Rev. B 76, 073309 (2007).
     
  5. D. Stich, J. Zhou, T. Korn, R. Schulz, D. Schuh, W. Wegscheider, M.W. Wu, and C. Schüller:
    „Dependence of spin dephasing on initial spin polarization in a high-mobility two-dimensional electron system”,
    Phys. Rev. B 76, 205301 (2007).
     
 
Letzte Änderung: 29.03.2016 von Webmaster