PDF《半导体中的自旋弛豫》

第2 6卷第2期物理学进展Vol.

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0 0 6年6月PROGRESSI NP HY S I C S J u n . ,

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1 0 基金项目: 国家自然科学基金( 批准号:

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1 6 ) 资助 半导体中的自旋弛豫 ― ― ―从体材料到量子阱、 量子线、 量子点 王建伟,李树深,夏建白 ( 半导体超晶格国家重点实验室, 中国科学院半导体研究所,北京

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8 3 ) 摘要: 本文对半导体中的自旋弛豫过程给出一个简要的回顾, 介绍了半导体材料从体材料到 量子阱、 量子线、 量子点不同维数的结构中各种自旋弛豫过程, 主要关注了 自旋去相位和相干控制.对于不同材料中的各种弛豫机制, 关注的重点在于如何能够在实验上以一种可以控制的方式 来改变可调参数从而达到控制自旋弛豫过程.这些参数主要有电场、 磁场、 温度、 应变、 有效 缫蜃拥鹊.本文的组织上, 首先介绍研究前景, 第1部分简要介绍了自旋弛豫的四种机制.第2部 分按照维数的不同将半导体中自旋弛豫分为3个部分: 体材料、 量子阱、 量子线、 量子点, 在每一部 分中又基本上按照电子、 空穴、 激子的顺序进行了简要的总结: 对于不同的载流子, 考虑了自旋弛 豫对可调参数的依赖关系.这些结果要么试图解释了已有的实验结果, 要么从理论上给出预言从 而给实验指明了方向, 为室温下可以使用的自旋电子学器件设计提供了依据, 为固态量子计算和 量子信息处理铺平了道路.最后简单地给出展望. 关键词: 自旋弛豫;

半导体;

体材料;

量子阱;

量子线;

量子点 中图分类号: O

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2 文献标识码:

0 引言 自旋弛豫作为一个重要的现象, 因为其两个方面的诱人的应用前景而日益受到人们的重 视.这两个应用领域, 一个是自旋电子学, 设计基于自旋的电子器件, 降低能耗, 充分利用长久 以来被人们忽略的自旋自由度;

另外一个是量子信息和固态量子计算, 通过自旋来实现信息的 写入、 编码、 记忆、 传送、 处理和读出, 用物理体系实现量子计算机.其关键之处在于对自旋的 相干控制, 使自旋状态能够保持到完成指定的操作之前不发生变化.这样, 研究自旋弛豫, 寻 求各种办法来控制自旋弛豫, 使得自旋能够保持足够长的记忆时间成为人们研究的热点. 半导体中自旋弛豫极为复杂.如果对已有的研究结果进行简单的分类, 根据不同的分类 标准, 可以有不同的结果.例如,按维数分、 按元激发的种类分、 按影响弛豫的因素分、 按相互 作用分等, 详见第3部分. 本文的组织上, 第1部分简要介绍了自旋弛豫的4种机制.之后的第2部分, 按照维数的 不同将半导体中自旋弛豫分为3个部分: 体材料、 量子阱、 量子线、 量子点.在每一部分中又基 本上按照电子、 空穴、 激子的顺序进行了简要的总结.对于不同的载流子, 考虑了自旋弛豫对 可调参数的依赖关系, 这些可调参数包括电场、 磁场、 应变、 有效 因子、 生长条件、 载流子密 度、 温度等.这些结果要么试图解释了已有的实验结果, 要么从理论上给出预言从而给实验指 明了方向, 为自旋电子学器件的设计和实现固态量子计算打下了一定基础.