本征锗中电注入电子自旋弛豫的热电子效应

通过解析和数值方法求解动力学自旋布洛赫方程，研究了本征锗中电注入电子自旋弛豫的热电子效应。结果表明，在弱电场区域（$E\lesssim 0.5$~kV/cm），我们的计算结果与近期自旋注入构型下的输运实验 [Phys. Rev. Lett. {\bf 111}, 257204 (2013)] 具有合理的一致性。我们发现，在弱电场 $E\lesssim 50$~V/cm 存在下，低温时的自旋弛豫显著增强，这源于弱电子 - 声子相互作用导致的明显质心漂移效应，而热电子效应被证明较不重要。这解释了实验观测与先前理论计算 [Phys. Rev. B {\bf 86}, 085202 (2012)] 之间的差异，后者在低温下与实验结果偏差约两个数量级。进一步表明，在强电场区域（$0.5\lesssim E \lesssim 2$~kV/cm），自旋弛豫因热电子效应而增强，而漂移效应被证明可忽略。最后，我们发现当 $1.4 \lesssim E\lesssim 2$~kV/cm（处于强电场区域）时，一小部分电子（$\lesssim 5\%$）可从 L 谷驱动至 $\Gamma$ 谷，且在本征无杂质样品中，$\Gamma$ 谷和 L 谷的自旋弛豫速率相同。鉴于 $\Gamma$ 谷自旋动力学对整个系统的影响可忽略，可通过标准直接光学跃迁方法从 $\Gamma$ 谷测量 L 谷的自旋动力学。