磁性半導体量子井戸における光スピングダイナミクスの研究

磁性半导体量子阱中的光自旋动力学研究

• 批准号: 03J07080
• 负责人: 萱沼 健太郎
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J07080/
• 关键词: 希薄磁性半導体; 量子井戸構造; スピン注入; 励起子ダイナミクス; 時間分解分光発光; キャリアスピントンネル; スピン偏極; レート方程式; 時間分解発光分光; キャリアトンネル

我々は磁性半導体から非磁性半導体へのキャリアスピン注入過程を明らかにするために、希薄磁性半導体量子井戸と非磁性半導体量子井戸の間に非磁性半導体バリアを挟んだ2重量子井戸構造試料における励起子発光のピコ秒時間分解分光を行った。磁場印加の下で試料を光励起すると、磁性超格子Zn_<1-y>Mn_ySe/CdSe(MW)内でスピン偏極されたキャリアはバリア層のZnSeをトンネルし、非磁性井戸Zn_<1-x>Cd_xSe(NW)へと注入される。NW励起子発光に生じた円偏光特性の時間変化を調べることによりスピン偏極キャリアのトンネル過程を解明した。MW幅を40nm、バリア幅を4nmと一定にし、NW幅(L_<NW>)が7nmと2nmへ変化させた試料について調べた。L_<NW>=2nmの試料は、L_<NW>=7nmの構造と比べ、NW内の量子閉じ込め効果の増大によりMW-NW励起子発光エネルギー差(ΔE)が190meVから60meVへと減少した。これらの試料について時間分解PL測定を行うと、L_<NW>=7nmの試料では、NWPLの円偏光度は励起直後から〜0.15の値を示したのに対し、L_<NW>=7nmの試料では、円偏光度は励起直後は0を示し、非常に遅い時定数で上がっていった。電子-正孔個別トンネルモデルのレート方程式により、電子、正孔のトンネル時間を求めると、電子トンネル時間は50ps、正孔トンネル時間は10nsと、特に正孔トンネル時間が大きく抑制されている事が分かったL_<NW>=7nmの試料では磁場印加時においてもΔEが100meVよりも大きく、2E_<LO>よりも充分に大きいため電子と正孔がともにLOフォノン散乱を介したトンネルをする。これに対して、L_<NW>=2nmの試料では、磁場を印加すると正孔の準位においてはΔEは1E_<LO>よりも小さくなり、正孔のLOフォノン散乱によるトンネル過程は抑制され音響フォノン散乱によるトンネルのみが起こると考えられる。即ち、LOフォノン散乱時間は〜0.1psと非常に高速であるが、音響フォノン散乱時間が500psと遅いために、L_<NW>=2nmの試料のトンネル時間は非常に遅いものになっていると考察される。

We are interested in magnetic semiconductor, nonmagnetic semiconductor, semiconductor quantum well, nonmagnetic semiconductor quantum well, nonmagnetic semiconductor, semiconductor quantum well, semiconductor quantum well, semiconductor quantum well, Under the influence of magnetic field, the sample is optically excited, the magnetic superlattice Zn_<1-y>Mn_ySe/CdSe(MW) is polarized, and the ZnSe layer is implanted into the nonmagnetic well Zn_<1-x>Cd_xSe(NW). The temporal variation of the polarization characteristics produced by NW excitation can be adjusted, which explains the rapid and rapid polarization process of a computer. MW amplitude is 40nm, amplitude is 4nm, NW amplitude <NW>is 7nm and 2 nm. For L_<NW>= 2 nm samples, the structural ratio of L_<NW>=7nm and the quantum density of NW samples increased from 190meV to 60meV. For the sample with L_<NW>=7nm, the polarization of NWPL varies from 0 to 0 after excitation, and for the sample with L_= <NW>7nm, the polarization of NWPL varies from 0 to 0 after excitation. Electron-positive hole individual formation time is 50ps, positive hole formation time is 10ns, positive hole formation time is 10ns, positive hole formation time is 100meV, electron formation time is 50ps<NW>, positive hole formation time is 10 ns, <LO>positive hole For the sample with L_<NW>= 2 nm, the magnetic field is applied to the positive hole, and the ΔE is applied to the <LO>negative hole. That is, the LO scattering time is ~ 0.1ps and the high speed is very high. The LO scattering time is 500ps and the high speed is very high. The LO scattering time <NW>is 2nm and the sample scattering time is very high.

项目成果

Z.H.Chen: "Spin dynamics of excitons and magnetic ions in Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe quantum wells"Physica B. in print. (2004)

Z.H.Chen：“Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe 量子阱中激子和磁性离子的自旋动力学”Physica B. 印刷版。

Dynamical study of optical spin injection in ZnMnSe/ZnCdSe double quantum wells

ZnMnSe/ZnCdSe双量子阱中光自旋注入的动力学研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Extended Abstracts of The 10th Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors
• 作者: K.Kayanuma;K.Kayanuma
• 通讯作者: K.Kayanuma

K.Kayanuma: "Spin injection and spin switching of excitons in coupled quantum wells of diluted magnetic semiconductors"Physica B. in print. (2004)

K.Kayanuma：“稀释磁性半导体耦合量子阱中激子的自旋注入和自旋转换”Physica B. 印刷。

Optical study of spin injection dynamics in double quantum wells of II-VI diluted magnetic semiconductors

II-VI稀磁半导体双量子阱中自旋注入动力学的光学研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of 27th International Conference on the Physics of Semiconductors (印刷中)
• 作者: Fu;F.F.;Watanabe;K.;Yabuki;S.;Akagi;T.;W.M.Chen;M.Sakuma;A.Murayama;K.Kayanuma
• 通讯作者: K.Kayanuma

S.Shirotori: "Magnetic field induced switching of spin injection in a Zn_<1-x>Mn_xTe/ZnTe double quantum well"Extended Abstracts of The 9th Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors. 184-187 (2003)

S.Shirotori：“Zn_<1-x>Mn_xTe/ZnTe双量子阱中自旋注入的磁场感应切换”第九届半导体自旋相关现象物理与应用研讨会的扩展摘要。