自旋模式锁定揭示半导体钙钛矿中电子的毫秒级自旋相干性

载流子的长自旋相干时间对于利用半导体器件实现量子技术至关重要，然而，自旋弛豫是一个可能的障碍。对于自旋动力学，能带结构、晶体对称性和量子限域是决定性特征。钙钛矿半导体最近因其高效的光学访问和潜在的长寿命相干性而成为自旋态研究的焦点。在这里，我们报告了在块体 FA$_{0.95}$Cs$_{0.05}$PbI$_3$ 铅卤钙钛矿晶体中测量到的约 1 ms 量级的电子自旋相干时间 $T_2$。利用周期性激光脉冲，我们在一个非均匀系综中同步了电子自旋关于外磁场的拉莫尔进动，这种效应称为自旋模式锁定。它表现为在退相时间 $T_2^*$（长达 20 ns）内光生系综自旋极化的衰减，以及在自旋相干时间 $T_2$（达到毫秒范围）内的复兴。这种在块体晶体中异常长的自旋相干时间，辅以通过光探测磁共振测量的电子和空穴的毫秒级纵向自旋弛豫时间 $T_1$。这些长寿命的自旋动力学凸显了钙钛矿作为全光控制量子器件有前景的平台。