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Laterale Spininjektion und Spindrift-Dynamik
Markus Schwemmer, Andreas Hanninger, Tobias Korn, Christian Schüller
Zwei wichtige Teilgebiete der Halbleiter-Spintronik sind die elektrische Injektion von spinpolarisierten Ladungsträgern aus Ferromagneten in Halbleiter, sowie die Driftbewegung spinpolarisierter Ladungsträger in Halbleiter-Heterostrukturen. Zur Untersuchung dieser Fragestellungen nutzen wir ein Mikroskopsystem, in dem die Spinpolarisation im Halbleiter mit hoher Ortsauflösung im Mikrometerbereich über den magneto-optischen Kerr-Effekt (MOKE) beobachtet werden kann.
Die Abbildung links zeigt eine Probenstruktur für den Nachweis der Spininjektion aus dem ferromagnetischen Halbleiter Ga(Mn)As in einen n-leitenden GaAs-Halbleiterkanal (Probenherstellung: Mariusz Ciorga, Andreas Einwanger, Lehrstuhl D. Weiss). Über eine Esaki-Diodenstruktur werden spinpolarisierte Ladungsträger aus einer mikrostrukturierten Ga(Mn)As-Elektrode in den Kanal injiziert. In der Abbildung rechts sind typische Hanle-MOKE-Signale gezeigt, die am n-leitenden Kanal gemessen wurden. Dazu wird ein schwaches Magnetfeld in der Probenebene angelegt, in dem die injizierten Spins präzedieren und so aus der Probenebene herausgedreht werden. Anhand der Form der Hanle-Kurve lassen sich die Spinlebensdauer der Elektronen und die mittlere lokale Spinpolarisation bestimmen, zusätzlich beeinflusst die Magnetisierung der Ga(Mn)As-Elektrode das Signal.
Eine Spinpolarisation kann in Halbleiter-Heterostrukturen auch durch Anregung mit zirkular polarisiertem Licht erzeugt werden. In unserem Mikroskopsystem nutzen wir zwei Laserstrahlen verschiedener Wellenlänge, um die Drift und Diffusion einer optisch erzeugten Spinpolarisation ortsaufgelöst zu beobachten. Der Abstand der Strahlen auf der Probe kann dazu über einen Kippspiegel verändert werden, und die Amplitude des Hanle-Signals erlaubt die lokale Bestimmung der mittleren Spinpolarisation (linkes Bild). Im Bild rechts sind typische Hanle-Kurven nach optischer Anregung gezeigt, gemessen bei Überlapp der Strahlen. Die Halbwertsbreite der Hanle-Kurven, und damit die Spinlebensdauer, hängt stark von der Anregungsleistung ab.
References
  1. M. Schwemmer, A. Hanninger, M. Weingartner, M. Oltscher, M. Ciorga, D. Weiss, D. Schuh, D. Bougeard, T. Korn, and C. Schüller:
    „Deterministic transfer of spin polarization in wire-like lateral structures via the persistent spin helix ”,
    Appl. Phys. Lett. 109, 172106 (2016).
     
  2. R. Völkl, M. Schwemmer, M. Griesbeck, S. A. Tarasenko, D. Schuh, W. Wegscheider, C. Schüller, and T. Korn
    „Spin polarization, dephasing, and photoinduced spin diffusion in (110)-grown two-dimensional electron systems”,
    Phys. Rev. B 89, 075424 (2014)
     
  3. R. Völkl, M. Griesbeck, S. A. Tarasenko, D. Schuh, W. Wegscheider, C. Schüller, and T. Korn
    „Spin dephasing and photoinduced spin diffusion in a high-mobility two-dimensional electron system embedded in a GaAs-(Al,Ga)As quantum well grown in the [110] direction”,
    Phys. Rev. B 83, 241306(R) (2011).
     
 
Letzte Änderung: 22.05.2018 von Webmaster