(In,Ga)As量子点系综中长程自旋-自旋相互作用的特征

我们研究了在外磁场和圆偏振光激光泵浦下，单电子充电量子点系综中的电子自旋动力学。激光的谱宽被调节为使不同的量子点组被相干泵浦。令人惊讶的是，电子自旋极化的退相干时间 $T^*$ 仅微弱依赖于激光谱宽。这些发现可由具有长程电子自旋-自旋相互作用的耦合量子点团簇理论一致解释。我们基于中心自旋模型给出了自旋动力学的数值模拟，该模型包含激光脉冲的量子力学描述以及每对电子自旋之间与时间无关的 Heisenberg 相互作用。我们讨论了源于 Overhauser 场、电子 $g$-因子分布、电子自旋-自旋相互作用以及激光脉冲谱宽的各自退相干贡献。该分析揭示了当增大激光谱宽时总退相干时间的抵消效应：一方面，电子 $g$-因子的偏差增大；另一方面，由于自旋-自旋相互作用，越来越多相干泵浦的电子自旋实现同步。我们发现实验数据与模拟中的退相干时间符合极好，模拟采用指数分布的 Heisenberg 耦合，其均值 $\overline{J}\approx 0.26\,\mathrm{\mu eV}$。