Spin dynamics of equilibrium electrons in gallium arsenide [Elektronische Ressource] / Georg Martin Müller

Georg Müller

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• Publié par: gottfried_wilhelm_leibniz_universitat_hannover
• Publié le: 01 janvier 2010
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Extrait

EmdenSpinissertationDynaNaturwissenscmM?lleridescsrer.ofys.Equilibrium24.ElectronszurinDoktorGalliumnArsenidegenehmigteVononeorgderorenF1982akult?terf?rErlangungMathematikGradesuderndhaftePhDr.ysiknat.derDGottfriedvWilhelDipl.-PhmGLeibnizMartinUnivgebersit?tamHMaianinno2010vTReferenert:8.Prof.J.Dr.derMicemhaelRolfOestreicHaughagKPromotion:orreferenDezt:bProf.2010Dr.requenzherabsetzungKurzzusammenfassungicInerdendertelvhnelleorliegendenstelltDissertationAllerdingswirdeitergehenddiesimSpinrauscopiehspgewektroskeopieSpinszurtenlmenUnopietersucFheungbderSpSpiundtenynamihqkauscinv-PGaAs-basiertenkHalbleiterstrukturentungnahelangendesherkthermiscSpin-henendlicGleichen,hgewichhtesSpinrauscangewwendet.ulaDiedassHalbleiterspin-niedrigerrauscSpinrauschspdeutlicektroskvopiedenmisstsydiemostoExcerstehastiscHalb-heDerSpinpus,olarisationSpindephasierungeinesGaAsElek-WtronenensemtetenblestsprecmitausgericHilfeTvnonenichsphht-resonanBandbreiteterunFelektriscarada-yrotation.zurDem-elektriscensignalstsprecFhendSpinrauscmDieseussidemnProbhensystemisiererimf?rGeginensatzektro-zueianderenVex-anpendeterimentell?nnen.entersucTensystemenecmetrischnikh-en,(110)intenlme.denenerimendiiepiDephasierunganoreduziederDimensionalit?tDepakolarisa-ction?beinereisek?nstlicalisierterhtronenerzeistutlangghstumsrict(110)-ausgericeukturenndieSpinperwolarisationingemessentetenwird,eikera-einemlicEnergieezugef?hrtMethoden,woptiscerden.SpinrauscDaektroskdiedurcSpinuktuationendieihenwEczuhtersuctzeitwirdgemessenhewreerden,quenzmiscwungarFdiedesSpin-henrausch-hspangewektroskndet.opieernerbishererdenaufhmessungenFuliert.requenzenSimuntterhalbonenvelegeon,1aucGHzultrascbDigitale-mitgrenzt.Au?sungDiedieexpektralanalyseerimendertellehspWskeiterenohnetnenwichenklungerlzurstultrascSensitivit?thnellenerwSpwikn-ZurauscunhsphektroskProbopie,geh?reninmderhdieacFluktusene,tatidulationsdotierteonenGaAs/AlGaAs-MehrfacmituangepulstemDiesesLicphttdabgefragtewSerden,nrerm?glichmessungheinemtleitersystemdiertDetektionrvdar.onDySpinrausconohenerel-Me-bhanismeiderFlre-herwquenzendievdelokonElebis-zuin16dominiert,GHz.f?rDieensederFacrequenzenh-?binerschhreitenStdieineektiv.Band-sindbreitedemendeshendvartetenerwSpindephasierungszeitenendeten(110)-PhotohdetektorsGaAs/AlGaAs-QuanumbeinenniedrigerenFempaktorturenv?monheungef?hrexp200.rimenUmlendiediEinscaufhherr?nkungdern
ktierungeisenbeinereruhen,Tnicherwholumen-GaAstezug?nglicdieh,eldatesdietersucoptiscDieheunErzeugungeitvebonwiL?cdurchernhdieellenbhspeobacSpindephasierunghctetenzuSpindephasierungszeitetenntrationaufgrundunddesauf.Bir-Elektron-Land?-FAronounv-Pikus-MecchanismtransvusHalvexter-erf?lsceinemhht.,ImtransvGergensatzneuartigedazuherm?glicsohdiet?rter:die-dotiertemSpinrauschohenhsptersucektrosktersucopieenMessungenDonatorkinwAbewerhalbesenheitMetall-Isolator-?bveoneektivoptiscvheratur,er-MagnetfeldzeugtenunL?cthern;sierungdieMagnetfeld.idnhspdiesermitArbMeitdasgemessenenhenDephasierungszei-dertendesstellenstehdie?hrendl?ngsteneinvzumer?eektnLictlicwird.hdertenopieSpes,ilnennlebohlenszeitenaucdelokzualisier-ScterSpindynamik,ElektroneninorieninVeineminGaAs-QuanMagnetfelderntenlmun-dar.hen.Dar?bunerhinaushwProber-wdeneinedieonzenanietsasotropterhalbSpindynamik,obdiedaufsderergangesTDiatAbh?ngigksacdesheenbaktorseruhont,empdassDotierungderdDywirdakensoonotersuv-Pherel-MecwiehanismSpindepha-usimf?rersalenSpinsZuletztinrderdieQuanbleiterspinrausctenlmebektroseneopienoeinemcnenhagnetfeldeektivhgef?hrt,ist,insowillk?rlicwieWinkdiezuFlugzeitvAusbreitungsricerbreiterungtungderLicSpinrauscteshsptektren,wdie?blicauseisederMagnetfeldendlicersalhenWAufenvthaltszeitoderdesElektronenhimangelegtAbfragevDieseolumenGeometrieresultiert,Spinrauscunektrosktersucerm?glichtt.inDieeinzeultrascMessunghnellewSpinrauscdiehspalsektroskhopieSpinrelaxationerm?glicunhhen.thlagwes,GaAs,dieSpinrausSpindy-hen.namiktiAbstractticipatedIntsthisspdissertation,callyspindominatesnoisethatsplectroscoptywisdimen-appliedfortolostudyviatesspincreatedy-withnamicsnoiseindynamicsGaAsGaAbasethisdasemiconductoronostructuresiscloseertheless,toGthermalconequi-thelibrium.toSemiconductorablesspintimesnoisealsospcaneectralctroswithoutcyopsydulation-dopmeasuresmthein-stoexpcnoisehasticofspinThepecolarizationfreeof(110)-orienthegroelectronnetimesnstumearemtionalblespinviaoo-resonanspintmecFwaradatheythero-orktation.ealingCorrespdigitiz-ondinglyw,enoforenergyinhasectroscoptoybofeThedepnositedtrinwn,the(110)-oriensample/Asystemquanconstructuretraryestigatedtoork.othertexprsterimtsensytaleectivtecyhniques,ainerelwhicthathdephasingtinheedephas-struc-ingalongordirection.thecorrespdepinglyolarizspination(110)ofAsanellsarticiallytempinjectedaccessiblespineperimenolarizationonistationmeasured.toSinceholestheobservspintimesuctuationsBir-AronoareSpinmeasuredyinerreal-time,tsspinofnoiseholesspspinec-thistroscoptyrehadthatbultrafasteersenlohithertoresolutionlimitedbtoufrequencieslizedbspeloanalysiswspin1spGHz.yThisanthesissignicaninlosstrosensitivitduces.thespinexpiearymmeiimengrotalmoadved,ancemetednstlGaAsofultipleultrafasttumspinellnoisearespvectroscopinyw,Thisinerimenwhicrepresenhthethespinuctuationsmeasuremenareonprobsemiconductoredstembreducedyepulsedsionalitligh.t,Dyandkdetectionv-PofmspinhanismnoiseusuallyatspinfrequenciesofupelectronstoGaAs16ineectivGHzinisteddemonstrated.turesThesespinsfrequenciestheexceedwththeNevbandwidththeofothed-photoreceivanerlongbdephasingyinaGaAs/Alfac-atorquanofwaroundat200.wTeraturesonotfurtherwithexplorevthen-limitationsexpoftstherelyniteopticalband-orienwidthsinceofpho-thecreationdetectionfsystem,obelectricthealedfrequencydephasingmixingdueistheappliedv-Pikusforhanism.donoisewn-conectroscopvhoersionevofen-themeasuremenelectricalinspinabsencenoiseopticallysignal.dFandurthermore,measuredspindephasingnoiseinmeasuremenwtsrepresenarethesimongestulated-revn
forortedspinspinvdephasingtotimesspinforeectivdeloosccalizappliededdephasingelectronsslighindopingGaAsisqFinallyuanmagnetictumtwaells.wsAt.dditionalliyw,transition.thedepanisotropicLaspinelldynamics,transvwhicnoisehcarriedresultwithfrectionromthethetheDynoakponoestigatiov-Pinerelspinmecohanismconcenthatbisabstilltheeetempctivmagneticeofforethed?spinsasinththeinquanmagnetictumsemiconductorwecellyplwithane,orienasarbitrarywdelllawhileseldtheersetime-of-ighttector.broadeningelofnoisetheyspininnoiseofspspinectra,singlewhicords:hnamordipginatesngfromtrationthetlyniteelotransitandtimeoofethemetal-to-insulatorelectronsThethrougherature,theandprobeldeendencevtheolume,earelectronexpnerimenfactortallystudiedinwvasestigated.eThedephasingeaxersepeld.erimen,talspintecsphniquetrofopultrafastisspinoutnoiseaspeldetedctrosancangleoptheyien-ofablesighinpropagationvusuallyestigatiomagneticnisoftransvspintodynamicslighinwpvev-tThisypvegeometrybulkspinGsaectroscopAsalloatthehighvmag-nneticspinanderelaxationlds.aThemeasuremenexaminedKeywsamplesGaAs,hadyvics,enoise.a3.2.2.Contents.1..Intro.duction.15spin2..Equilib.rium7Spin42Fluctuations.in.GaAs4921.2.1.andPrincipleseof.spinelectronsnoise.spofectroscop.yectral.....Exp.tal.....3.2..implications.kground.strength.kground21.2.2.donor-bSpin.dynamics.of.equilibriumSpinelectronsbandin.GaAs..2.5..e......22.2.2.1.46BandMethostFructure.and.dip.ole.selection.rules..kground.erimen...3.2.1.23and2.2.2.iF.romofh.ydr.og.enicofimoundp.uri.t.i.es.to.the2.4.metallicnoisephase:conductionShalloelectronsw.donors.in.GaAs..45.Sp.shap.of.noise.................3.26erimental2.2.3.dsElectrons3.1.inundamenasetupmagnetic.eld..................50.Bac.noise28exp2.2.4.talMec.hanisms.of55spinBacdephasingnoise.relativ.s.gnal...55.Subtraction.bac.noise......31.2.3.58Spinnoisen
bulk3.3..Extension.of.thedephasingexpOutloerimen.tal.bandwidth..erature.ectroscop.Mo.Exp.of...Spin.lds61.3.3.1..ElectricalLand?do.wn-con.vyersion.of.the.noise.signal..In..62.3.3.2.ctroscopContentsLimitationsvof.FFT.sp.ectrummagneticanalysisField,.of.....4.3..magnetic.Summ64Spin3.3.3.MagneticUltrafast.s.pin.noise.sp.ectroscop.y..114.....84.spin.......8770sp3.4.iInypvinestigatedmagneticsamples..........4.2.1..transv.lds.91.and.e.eectiv.a.........noise.in...10173ry3.4.1.105BulkSpsMaterialsa111mples..............112.t.............118.137........734.1.4.3.4.2.trinsic(110)-oriendephasingted.GaAs/AlGaAs.m.ul.tiple.quan.tum.w4.2.ellnoise.e.y.n.-t.e.GaAs.trans-.erse.e.....................90.Spin.in.erse.e..74.4.4.2.2.ExpdopingerimentaltempResultsdep77ndence4.1.theSpinenoisefspctorectroscop.y.in.(110)-orien.ted.qu.a.n96tumSpinwspellsy77oblique4.1.1.eldsProb.e.w5.aavandelengthokdepA.endenceNoise.ectroscop.in.with.Order.A.1..del..........79.4.1.2..Anisotropic.spin.dynamics..........A.2..erimen..............81.4.1.3..Time-of-igh.t.broadeni.ng..Bibliography.List.Publications.8.m
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zoned(forinpthis,w(Reduced)orkbislighgivectoren.(EectivARighfewlighsymOpticalbleftolsElectronicarewnot1unamlistbiguously2.2.1dened;thattheir(left)particularprobmeaning2blecomesconstanevidenttpin2.1the2.2.1conElectronictext.vSymOriginbtolsGaAsthat,areelectrononly,used2.1onceolsaretnotcircularlyinclolarizedudedeintthis.1list.symSymysicababsorptionoltSectiorighnandthecircularlySpinolarizedpt)olarizationph2.energy1fusoInquasiolsasymbevof2.2.1ListofkstBrillouinareinop2.2.12.2aegnope)2.2.1massprobwiefollovPlancolumeconstanNum2.2.1bSpinereratorof.1[spin-up(doHamiltonwn)]eratorelectrons9in
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