ZnO 中浅施主量子比特的系综自旋弛豫

我们呈现了对直接带隙半导体 ZnO 中浅施主的长电子自旋弛豫($T_1$)的实验与理论研究。通过共振激发 Ga 施主束缚激子测量 $T_1$。在 1.75 T 至 7 T 的磁场范围内,$T_1$ 表现出对磁场的反幂律依赖 $T_1\propto B^{-n}$,其中 $4\leq n\leq 5$。我们推导了由自旋轨道(混合机制)和电子-声子(压电)耦合引起的、针对纤锌矿晶体对称性的施主自旋弛豫率解析表达式。实验与理论间发现了极好的定量一致,表明混合自旋轨道机制是所测磁场范围内 $T_1$ 的主要贡献。温度和激发能依赖的测量表明,施主密度相关的相互作用可能导致实验与理论间的微小偏差。测得的最长 $T_1$ 为 480 ms(在 1.75 T 下),且在更小磁场下理论上预期 $T_1$ 增大。该工作凸显了 ZnO 施主因其微弱自旋轨道耦合而具有的极长纵向自旋弛豫时间。