宽 CdTe 量子阱中由施主束缚电子和自由电子介导的核自旋弛豫
介观与纳米尺度物理
2024-05-06 v3 材料科学
摘要
我们采用结合光泵浦和基于 Hanle 效应检测的多阶段技术，研究了 CdTe/(Cd,Zn)Te 和 CdTe/(Cd,Mg)Te 量子阱 (QW) 中的核自旋系统。样品在零磁场和弱磁场下表现出截然不同的核自旋动力学。在 CdTe/(Cd,Zn)Te 中，发现核自旋弛豫时间随磁场强烈增加，从零场下的 3 秒增长到 25 G 磁场下的数十秒。在 CdTe/(Cd,Mg)Te 中，弛豫速度慢一个数量级，且在至少 70 G 的磁场范围内与场无关。这种差异归因于这些量子阱中不同类型的驻留电子介导了核自旋弛豫。在 CdTe/(Cd,Mg)Te 中，被困在量子阱中的残余电子气很大程度上决定了弛豫动力学。在 CdTe/(Cd,Zn)Te 中，零场下的快速弛豫是由于与局域化的施主束缚电子相互作用所致。当外部磁场超过局部核场（在 CdTe 中约为 0.4 G）时，中性施主周围会形成核自旋扩散势垒。这抑制了向施主的核自旋扩散，从而减缓了弛豫。这些发现得到了理论建模的支持。特别是，我们表明扩散势垒的形成得益于 CdTe 的几个特有特征：(i) 较大的施主结合能（约 10 meV），(ii) 磁性同位素丰度低（只有 30% 的核具有非零自旋），以及 (iii) 核之间不存在核四极相互作用。后两个特性也有利于通过光泵浦随后进行绝热去磁来实现核自旋冷却。在非优化条件下，我们在两个样品中均达到了亚微开尔文的核自旋温度，低于此前在 GaAs 中获得的所有结果。
引用
@article{arxiv.2402.17435,
title = {Nuclear spin relaxation mediated by donor-bound and free electrons in wide CdTe quantum wells},
author = {Boris F. Gribakin and Valentina M. Litvyak and Mladen Kotur and Regis André and Maria Vladimirova and Dmitri R. Yakovlev and Kirill V. Kavokin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.17435},
year = {2024}
}
备注
12 pages, 9 figures