利用扫描隧道显微镜探究二维半导体的自旋性质

半导体中自旋与电荷的相互关联引发了有趣的效应，例如 Rashba 型自旋轨道分裂或交换增强。这些性质被提议用于自旋晶体管或自旋量子比特等应用。利用扫描隧道显微镜的极限空间分辨率在局域尺度上探测这些性质，可以直接解决它们对无序的敏感性。本文回顾了在二维半导体系统（2DES）上获得的结果。我们描述了可利用扫描隧道显微镜探测的合适 2DES 的制备与表征。展示了如何调节和测量 2DES 内的电子密度与无序。详细讨论了弱无序和强无序系统中观测到的局域态密度。结果表明，弱无序 2DES 在磁场下表现出量子霍尔效应。绘制了跨越量子霍尔相变的相应局域态密度，展示了在实空间中从局域态到扩展态再回到局域态的演化。将 2DES 与 III-V 半导体体块中的屏蔽电子解耦，导致了高达 0.7 meV 的可测量交换增强，该增强取决于 2DES 的局域自旋极化。在更强 confinement potential（即更高掺杂）下，观察到磁场中态密度出现的拍频现象，对应高达 $7\cdot 10^{-11}$eVm 的 $\alpha$ 的 Rashba 自旋分裂。Rashba 自旋分裂随位置变化约 $\pm 50$%，在势垒处最大。