CAREER: Spin and Spin Coherence Dynamics in One- Dimensional Semiconductor Nanostructures

职业:一维半导体纳米结构中的自旋和自旋相干动力学

基本信息

  • 批准号:
    0547194
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-05-01 至 2011-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-Technical Abstract:This Faculty Career project experimentally explores unique and novel spin dependent phenomena in one dimension (1D). This is a fascinating new research direction in the field of Spintronics that represents a new paradigm of electronics and utilizes electron spin rather than charge for device functionality. There are many exotic new spin- related fundamental physics in 1D condensed matter semiconductor systems due to their unusual structural and electronic properties, such as spin-charge separation. To achieve these, chemically synthesized Group II-VI and III-V 1D semiconductor nanostructures with tunable structural and physical properties will be applied as 1D model systems. The state-of-the-art ultrafast optical spin resonance techniques will be employed to investigate the spatial and temporal evolutions of spin dynamics in as-synthesized 1D nanostructures. From the practical point of view, 1D condensed matter systems represent the smallest dimension structures that can be used for efficient information transport based on the spin degree of freedom. Ultimately, results from this project will be critical to the function and integration of NanoSpintronic technology and lead to the advance in quantum information processing and quantum computation. An important component of this project, in addition to direct training provided to graduated students, is the integration of research with undergraduate education program. This will involve developing a new undergraduate course, aiming at exposing motivated undergraduate students to independent research in nanoscience early in their college careers and serving as a platform to transform their knowledge learnt from traditional course to research experience. This course will also fill the need for research opportunities for undergraduates in the recently initiated Interdisciplinary Minor Program in Nanoscale Science and Technology in the University of Maryland. Technical Abstract:The object of this Faculty Career project is to develop fundamental experimentally based understanding of spin and spin coherence dynamics in one-dimensional (1D) condensed matter semiconductor systems with all-optical far-field and near-field spin resonance techniques. Many exotic new spin- related physics have been predicted for real 1D semiconductor systems due to their unique spin-spin and spin-charge interactions as well as spin couplings with their dissipate environment. In this project chemically synthesized Group II-VI and III-V 1D semiconductor nanostructures with controllable structural and physical properties will be applied as 1D model systems and combined with all optical spin resonance techniques to probe spin dynamics within nanostructures. Several fundamental issues will be focused on, including spin coherence lifetimes, electron and exciton Lande g-factors, intrinsic spin relaxation mechanisms, dimensionality and anisotropic effects, 1D spin diffusion and spin coherence transport, coherent light-matter-spin interactions within 1D nanostructures and spin condensate process in 1D nanocavity. 1D condensed matter systems also represent the smallest dimension structures that can be used for efficient information transport based on the spin degree of freedom. Ultimately, these studies will be critical to the function and integration of NanoSpintronic technology. An important component of this project, in addition to direct training provided to graduated students, is the integration of research with undergraduate education program. This will involve developing a new undergraduate course, aiming at exposing motivated undergraduate students to independent research in nanophysics and nanomaterial sciences early in their college careers and serving as a platform to transform their knowledge learnt from traditional course to research experience.
非技术摘要:这个学院的职业生涯项目在一维(1D)中实验性地探索独特和新颖的自旋依赖现象。这是自旋电子学领域一个引人入胜的新研究方向,它代表了一种新的电子学范式,并利用电子自旋而不是电荷来实现设备功能。在一维凝聚态半导体系统中,由于其特殊的结构和电子性质,如自旋-电荷分离,出现了许多与自旋相关的新的基础物理。为了实现这一点,化学合成的II-VI族和III-V族一维半导体纳米结构具有可调的结构和物理性质,将被用作一维模型系统。最新的超快光学自旋共振技术将被用来研究合成的一维纳米结构中自旋动力学的空间和时间演化。从实际的角度来看,一维凝聚态系统代表了基于自旋自由度的可用于有效信息传输的最小维度结构。最终,该项目的结果将对纳米自旋电子技术的功能和集成至关重要,并将推动量子信息处理和量子计算的进步。除了为研究生提供直接培训外,该项目的一个重要组成部分是将研究与本科教育计划相结合。这将涉及开发一门新的本科课程,旨在让有动力的本科生在大学生涯早期接触到纳米科学的独立研究,并作为一个平台,将他们从传统课程中学到的知识转化为研究经验。这门课程还将满足马里兰大学最近发起的纳米科学和技术跨学科辅修项目的本科生对研究机会的需求。技术摘要:该学院职业生涯项目的目标是利用全光远场和近场自旋共振技术,发展对一维(1D)凝聚态半导体系统中自旋和自旋相干动力学的基本实验理解。由于其独特的自旋-自旋和自旋-电荷相互作用以及与其耗散环境的自旋耦合,许多奇异的新的与自旋相关的物理已经被预测用于真实的一维半导体系统。在这个项目中,化学合成的II-VI族和III-V族一维半导体纳米结构具有可控的结构和物理性质,将作为一维模型系统并与全光学自旋共振技术相结合来探测纳米结构中的自旋动力学。将集中讨论几个基本问题,包括自旋相干寿命、电子和激子朗德g因子、本征自旋弛豫机制、维度和各向异性效应、一维自旋扩散和自旋相干输运、一维纳米结构中的相干光-物质-自旋相互作用以及一维纳米腔中的自旋凝聚过程。一维凝聚态系统也代表了基于自旋自由度的可用于有效信息传输的最小维度结构。最终,这些研究将对纳米自旋电子技术的功能和集成至关重要。除了为研究生提供直接培训外,该项目的一个重要组成部分是将研究与本科教育计划相结合。这将涉及开发一门新的本科课程,旨在让有抱负的本科生在大学生涯早期接触到纳米物理和纳米材料科学的独立研究,并作为一个平台,将他们从传统课程中学到的知识转化为研究经验。

项目成果

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