本发明专利技术涉及一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,选用无掺杂高质量的半导体量子阱材料,用能量高于此半导体量子阱带隙的光照射样品,同时改变半导体量子阱的温度来调控量子阱中Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的比值。本发明专利技术利用半导体量子阱中光生激子数量随温度的变化效应以及离化激子对内建电场的调控效应,来实现对Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值进行调控的目的,方法简单易行,调控效果明显。
【技术实现步骤摘要】
一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法
本专利技术涉及半导体自旋电子学领域,具体涉及一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法。
技术介绍
由于自旋电子学器件具有低能耗、高集成度、高数据处理速度等优点,因此成为当前的研究热点。实现自旋电子学器件的必要条件是体系中高度的自旋极化和自旋状态的有效控制。自旋轨道耦合提供了一种调控自旋轨道耦合的全电学的方法,从而成为自旋电子学的一个重要的研究内容。自旋轨道耦合根据其起源的不同,可以分成两种,一种是Dresselhaus自旋轨道耦合,它是由体反演不对称(bulkinversionasymmetry,BIA)引起的,另一种是Rashba自旋轨道耦合,由结构反演不对称(structureinversionasymmetry,SIA)引起的。这两种自旋轨道耦合会发生相互作用,从而导致各向异性自旋分裂。此外,当这两种自旋轨道耦合强度相等时,自旋弛豫就会被抑制,自旋电子的寿命将大大延长,这对于设计和实现自旋电子学器件具有十分重要的意义。因此,有效的调控Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的比值就显得十分重要。目前,有文献报道,可以通过改变量子阱的势垒层中调制掺杂的位置,或者通过台阶量子阱结构来调控Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的比值。然而,这两种方法成本较高,难度较大,且难以实现连续调控。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的是提出一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,能够简便快捷且有效的调控半导体量子阱Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值。本专利技术采用以下方案实现:一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,包括以下步骤:步骤S1:选择符合条件的半导体量子阱材料;步骤S2:用一束能量高于步骤S1中所述半导体量子阱材料带隙的光照射所述半导体量子阱材料,同时改变所述半导体量子阱材料的温度,测量半导体量子阱材料的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值。进一步地,步骤S1中所述的条件为:半导体量子阱材料为单晶结构、半导体量子阱材料没有进行掺杂、半导体量子阱材料的阱宽的量级为几个纳米到几十纳米、半导体量子阱材料的带阶分布属于I型结构、半导体量子阱材料的激子束缚能高于6meV并且半导体量子阱材料的内建电场大于7kV/cm。进一步地,所述步骤S2中用以照射半导体量子阱材料的光的功率大于4mW/cm2。进一步地,所述步骤S2具体包括以下步骤:步骤S21:将照射用的光波长调到所述半导体量子阱材料激子效应较强的波长位置;步骤S22:改变半导体量子阱材料的温度为预设温度值,分别测得所述半导体量子阱材料的ISIA和IBIA,计算该温度下Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的比值ISIA/IBIA;其中,ISIA为所述半导体量子阱材料Rashba自旋轨道耦合引起的光电流,IBIA为由半导体量子阱Dresselhaus自旋轨道耦合引起的光电流;步骤S23:改变预设温度值,返回步骤S22。进一步地,所述步骤S22与步骤S23中,预设温度值范围为400K-0K。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点。1、本专利技术提供的这种调控半导体量子阱Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,十分简单易行,成本低廉,有利于日后推广应用。2、本专利技术提供的这种调控Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,调控效果明显,调控范围较大,并且较容易实现连续调控。附图说明图1为本专利技术的实施例中一个半导体量子阱样品的结构示意图。图2为本专利技术的实施例中测量半导体量子阱Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的测试系统示意图。图3为本专利技术的实施例中测量半导体量子阱Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的样品和光路分布示意图,其中图3(a)为测量半导体量子阱Rashba自旋轨道耦合的样品和光路分布示意图,图3(b)为测量半导体量子阱Dresselhaus自旋轨道耦合的样品和光路分布示意图。图4为本专利技术的实施例中的半导体量子阱样品对应于量子阱第一重空穴子带到第一电子子带跃迁的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值随温度的变化曲线。[主要组件符号说明]图1中,1为(001)面半绝缘GaAs衬底,2为200纳米(nm)的GaAs缓冲层,3为50nm的Al0.3Ga0.7As势垒层,4为10nmIn0.15Ga0.85As势阱层,5为10nm的Al0.3Ga0.7As势垒层,势阱层4和势垒层5重复10个周期,6为50nm的Al0.3Ga0.7As势垒层,7为10nmGaAs盖层。图2中,201为超连续白光激光器,202为斩波器,203为单色仪,204为起偏器,205为光弹性调制器,206为低温恒温器,207为半导体量子阱样品,208为电流前置放大器,209和210均为两台锁相放大器。图3中,31为入射激发光,32为样品的法线方向,33为待测半导体量子阱样品,34为打在样品上光斑,35为样品上的铟电极,36为由Rashba自旋轨道耦合诱导的光电流ISIA,37为由Dresselhaus自旋轨道耦合诱导的光电流IBIA。图4中,矩形符号41表示实验测得的半导体量子阱1H1E跃迁的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值,竖直走向的短线42表示测量误差。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例提供了一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,包括以下步骤:步骤S1:选择符合条件的半导体量子阱材料;步骤S2:用一束能量高于步骤S1中所述半导体量子阱材料带隙的光照射所述半导体量子阱材料,同时改变所述半导体量子阱材料的温度,测量半导体量子阱材料的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值。在本实施例中,步骤S1中所述的条件为:半导体量子阱材料为单晶结构、半导体量子阱材料没有进行掺杂、半导体量子阱材料的阱宽的量级为几个纳米到几十纳米、半导体量子阱材料的带阶分布属于I型结构、半导体量子阱材料的激子束缚能高于6meV并且半导体量子阱材料的内建电场大于7kV/cm。在本实施例中,所述步骤S2中用以照射半导体量子阱材料的光的功率大于4mW/cm2。在本实施例中,所述步骤S2具体包括以下步骤:步骤S21:将照射用的光波长调到所述半导体量子阱材料激子效应较强的波长位置;步骤S22:改变半导体量子阱材料的温度为预设温度值,分别测得所述半导体量子阱材料的ISIA和IBIA,计算该温度下Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的比值ISIA/IBIA;其中,ISIA为所述半导体量子阱材料Rashba自旋轨道耦合引起的光电流,IBIA为由半导体量子阱Dresselhaus自旋轨道耦合引起的光电流;步骤S23:改变预设温度值,返回步骤S22。在本实施例中,所述步骤S22与步骤S23中,预设温度值范围为400K-0K。具体的,本实施例选用的半导体量子阱材料的结构如图1所示,它是通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,其特征在于包括以下步骤:步骤S1:选择符合条件的半导体量子阱材料;步骤S2:用一束能量高于步骤S1中所述半导体量子阱材料带隙的光照射所述半导体量子阱材料,同时改变所述半导体量子阱材料的温度,测量半导体量子阱材料的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值。
【技术特征摘要】
1.一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,其特征在于包括以下步骤:步骤S1:选择符合条件的半导体量子阱材料;步骤S2:用一束能量高于步骤S1中所述半导体量子阱材料带隙的光照射所述半导体量子阱材料,同时改变所述半导体量子阱材料的温度,测量半导体量子阱材料的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值;其中,所述步骤S1中所述的条件为:半导体量子阱材料为单晶结构、半导体量子阱材料没有进行掺杂、半导体量子阱材料的阱宽的量级为几个纳米到几十纳米、半导体量子阱材料的带阶分布属于I型结构、半导体量子阱材料的激子束缚能高于6meV并且半导体量子阱材料的内建电场大于7kV/cm。2.根据权利要求根据权利要求1所述的一种调控半导体量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合比值的方法,其特征在于:所述步骤S2中用以照射半导体量子阱材料的光的功率...
【专利技术属性】
技术研发人员:俞金玲,陈涌海,程树英,赖云锋,郑巧,
申请(专利权)人:福州大学,
类型:发明
国别省市:福建;35
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