低对称性量子阱中自旋螺旋寿命的增强
介观与纳米尺度物理
2020-07-01 v2
摘要
在半导体中,自旋构型的集体激发通常由于 D'yakonov-Perel' 自旋弛豫而衰减较快。后者源于自旋轨道耦合,其诱导依赖于波矢的自旋旋转,并与随机无序散射相结合产生自旋退相干。然而,特定条件下出现的对称性可阻止某些均匀和非均匀自旋构型的弛豫。被称为持久自旋螺旋的非均匀自旋构型尤为引人注目,因为它使我们能够在保持长自旋寿命的同时操控自旋取向。最近有预测表明,若闪锌矿二维电子气中至少两个生长方向 Miller 指数模相等且 Rashba 与线性 Dresselhaus 自旋轨道耦合系数适当匹配,则可在其中实现此类对称性[PRL 117, 236801 (2016)]。本文中,我们系统分析了在这些体系中通常共存的对称性破缺立方 Dresselhaus 自旋轨道耦合对沿生长方向涌现的自旋螺旋稳定性的影响。我们发现,作为立方 Dresselhaus 项诱导的有效磁场取向与强度之间的相互作用,对于可很好地近似为 [225] 晶格矢量的低对称性生长方向,自旋弛豫最弱。这些量子阱相比 [001] 取向电子气带来了30%的自旋螺旋寿命增强,且值得注意的是仅需可忽略的 Rashba 系数。相应自旋螺旋的旋转轴仅略微倾出量子阱平面。这使得利用常规光学自旋取向测量(自旋沿量子阱生长方向激发与探测)对自旋螺旋动力学进行实验研究变得容易实现。
引用
@article{arxiv.2003.06544,
title = {Enhanced longevity of the spin helix in low-symmetry quantum wells},
author = {Daisuke Iizasa and Makoto Kohda and Ulrich Zülicke and Junsaku Nitta and Michael Kammermeier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.06544},
year = {2020}
}
备注
14 pages, 6 figures