ArbeitsgruppenAG OestreichForschungsthemen
Spindynamiken einzelner Spins in InGaAs-Quantenpunkten

Spindynamik einzelner Spins in InGaAs-Quantenpunkten

Wir untersuchen rein optisch den Lochspin einzelner (InGa)As Quantenpunkte mittels Spinrausch- spektroskopie.

In unserem aktuellen Aufbau ist die Probe in einem speziell entwickelten Probeneinsatz ein- gebaut, welcher Messungen in Reflektionsgeometrie mit hoher Stabilität sicherstellt. Dieser Einsatz wird in ein (Pulsrohr-) Trockenkühlsystem eingebracht mit dem die Probe bis auf 1,7K gekühlt werden kann. Ein supraleitender Vektormagnet ermöglicht das Anlegen eines Magnet- feldes von 1T in beliebiger Richtung beziehungsweise von 7T parallel zur Detektionsachse. Der Probeneinsatz selber stellt ein konfokales Mikroskop dar. Die Positionierung der Probe erfolgt über eine Kombination aus piezoelektrischen Scannern und Stepper Motoren. Dieser Aufbau ist imstande einzelne Quantenpunkte mit einer Präzision im Nanometerbereich zu untersuchen.

Vorherige Experimente am selben Materialsystem haben sehr lange T1-Spinlebenszeiten in der Größenordnung von Mikrosekunden ergeben. Durch Variation der Richtung des externen Magnetfeldes lassen sich die T1 und T2 Dynamiken seperat beobachten. Desweiteren haben jüngste Messungen einen detaillierten Einblick in die Ladungsträgerdynamiken einzelner Quantenpunkte gewährt.

Im Falle eines externen Magnetfeldes parallel zur Lasereinstrahlrichtung wird die Hyperfein- wechselwirkung  unterdrückt und die Lebenszeit der Lochspins vergrößert. Für moderate Magnetfelder von bis zu 1,4T ergeben sich T1 Zeiten im Bereich von Millisekunden. Das exakte Verhalten und die Relaxationsmechanismen in diesen moderaten Magnetfeldern sind noch zu charakterisieren.

Schematische Zeichnung des Probeneinsatzes
Experimentelle und theoretisch berechnete Spin- (SN) beziehungsweise Besetzungs- (ON) Rauschleistung in Abhängigkeit von der Laserverstimmung (a) und eines externen Magnetfeldes (b).

Laufende Messungen werden die Spindynamiken im Bereich höherer Magnetfelder von bis zu einigen Tesla untersuchen. Hier wird die Phononen-assistierte Spinrelaxierung dominant sein und die Spin- lebenszeit weiter verringern. Zudem ist einen starke Temperatur- abhängigkeit vorhergesagt, welche zu verifizieren ist.

Aktuell sind Spinrauschmessungen durch das elektrische Rauschen des balancierten Photodetektor-Paares limitiert. Um Schrotrausch-limitierte Messungen zu ermöglichen muss der Aufbau durch ein homodynes Detektions-Schema ergänzt werden. Aktuelle Messungen an gasförmigen Rubidium demonstrieren diese optisch verstärkten Spinrauschmessungen mittels homodyner Detektion.

ANSPRECHPARTNER

Kai Jannik Hühn
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
Appelstraße 2
30167 Hannover
Gebäude
Raum
129
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