金属-绝缘体转变以下硅中的高场奥弗豪森动态核极化
材料科学
2011-09-09 v3 量子物理
摘要
单晶硅是探索动态核极化（DNP）的极佳系统，因为它随着掺杂浓度和温度的变化展现出从金属性到绝缘性的连续性质。在低掺杂浓度下，已观察到 DNP 通过固态效应发生，而在非常高的掺杂浓度下，奥弗豪森机制是主要原因。在此，我们报告了在掺杂浓度范围为 1-3 x 10^17 /cc 的 n 型掺杂硅晶体中 29Si 的超极化。在这种状态下，施主之间的交换相互作用变得极其重要。我们实验中增强信号的符号及其频率依赖性表明，29Si 自旋是通过交换耦合施主团簇内的奥弗豪森机制被施主电子直接极化的。施主之间的交换相互作用只需要大于硅的超精细相互作用（通常远小于施主超精细耦合）即可实现这种奥弗豪森机制。在交换能与施主超精细相互作用相当的一系列施主团簇中，都观察到了核极化增强。DNP 动力学由依赖于微波功率的单一指数时间常数表征，表明奥弗豪森机制是限速步骤。由于只有约 2% 的硅核位于施主电子的一个玻尔半径内，核自旋扩散对于将极化传递到所有自旋至关重要。然而，由于硅超精细耦合强度相对较弱，自旋扩散时间远短于奥弗豪森时间。在 2.35 T 磁场和 1.1 K 温度下，经过两小时的微波辐照，我们观察到 DNP 增强为 ，导致硅极化达到 。
引用
@article{arxiv.0903.4699,
title = {High-field Overhauser DNP in silicon below the metal-insulator transition},
author = {Anatoly E. Dementyev and David G. Cory and Chandrasekhar Ramanathan},
journal= {arXiv preprint arXiv:0903.4699},
year = {2011}
}
备注
expanded and extensively modified, 20 pages, 7 figures