ArbeitsgruppenAG OestreichForschungsthemen
Spindynamik des Elektron-Kern Spinsystems von n-GaAs

Spindynamik des Elektron-Kern Spinsystems von Volumen n-GaAs

Die Wechselwirkung der Elektronen- und Kernspins in Halbleitern hat in den letzten Jahren im Bereich der spinbasierten Quanteninformation immer mehr an Bedeutung gewonnen. Die vollständige Kenntnis der exakten Spindynamiken dieses komplexen Systems fehlt jedoch. Wir untersuchen daher diese Wechselwirkung in einem Satz von n-dotiertem Volumen-GaAs.

Wir messen die Spinrelaxationszeit der Elektronen (τs) via Hanle-Messungen mit einem externen Magnetfeld Bext und bei einer Temperatur von T=6,5 K. Um ein komplettes quantitatives Bild des intrinsischen Diffusionsprozesses der Elektronen im Bereich des Metall-Isolator-Überganges (MIT) zu erhalten werden zudem Magnetotransport-Messungen im kompletten Temperaturbereich von bis zu 300 K durchgeführt. Das Resultat der gemessenen Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit liefert uns zusammen mit dem inversen Hall-Widerstand alle benötigten Parameter der Elektronenspinrelaxation (ESR). Direkt unterhalb des MIT tritt ein Maximum der Spinlebenszeit von mehr als 800 ns auf, welches die Folge der Hyperfeinwechselwirkung (HFI) und der durch Hopping verursachten Spindekohärenz ist. Beim MIT führen HFI, Variable Range Hopping (VRH) und der Dyakonov-Perel (DP) Mechanismus zur Spinrelaxation während für hoch-dotierte Proben nur der DP-Mechanismus dominiert. Zusätzlich bietet uns die Temperaturabhängigkeit von τs im Allgemeinen ein bessseres Verständnis unserer Proben.

Optische und Magnetotransport-Messungen der Spinrelaxationszeit in n-GaAs als Funktion der Dotierung (T=6,5 K).
Hanle-Messung ohne (schwarz) und mit (grün) Kernspin-Polarisationseffekt inklusive Lorentz- anpassung (rot).

 

Desweiteren tritt eine Kernpolarisation in Folge der HFI zwischen Elektronen und Gitterkernen auf. Das effektive Kernfeld, BN, wirkt auf die Elektronenspins in gleicher Weise wie ein externes Magnetfeld Bext. Mit weiteren Informationen der Transportmessungen erstellen wir ein komplettes Bild der Kernspinrelaxationszeiten und ihrer Abhängkeit von Bext, nd und T. Dieses Ergebnis ermöglicht uns einen Einblick in die Thermodynamiken der Kernspins. Das laufende Projekt definiert ein komplettes theoretisches Modell auf Basis der Mechanismen des Kernspinsystems.

ANSPRECHPARTNER

Lida Abaspour
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
Appelstraße 2
30167 Hannover
Gebäude
Raum
131
Lida Abaspour
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
Appelstraße 2
30167 Hannover
Gebäude
Raum
131