通过时间分辨克尔旋转在单势垒异质结构中研究准二维系统第二子带的自旋动力学

通过对具有 500nm 厚 GaAs 层作为吸收层的单势垒异质结构施加偏压，研究了 AlAs 势垒附近第一和第二子带的自旋动力学。我们发现，当同时扫描探测光和泵浦光的光子能量时，只要探测光子脱离第一子带并探测第二子带，克尔旋转 (KR) 就会发生符号反转。这一新颖特征源于交换相互作用，已被用于通过 KR 符号（第一子带为负，第二子带为正）明确区分不同条件下第一和第二子带的不同自旋动力学 ($T_2^{1*}$ 和 $T_2^{2*}$)。在零磁场下，通过向短波长扫描波长，$T_2^{1*}$ 根据 D'yakonov-Perel' (DP) 自旋退相干机制而减小。在 803nm 处，$T_2^{2*}$(450ps) 比 $T_2^{1*}$(50ps) 长十倍。然而，803nm 处的 $T_2^{2*}$ 值与 815nm 处的 $T_2^{1*}$ 值大致相同。在 -0.3V 偏压下（或在 -0.6V 偏压下为 807nm），在 811nm 波长处揭示了一个新特征：由于两个自旋相反能带之间的“共振”自旋交换耦合，自旋相干时间 ($T_2^{1*}$ 和 $T_2^{2*}$) 和有效 $g^*$ 因子 ($|g^*(E1)|$ 和 $|g^*(E2)|$) 均表现出突变。