一種調(diào)控半導(dǎo)體量子阱材料Rashba和Dresselhaus自旋軌道耦合比值的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體自旋電子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種調(diào)控半導(dǎo)體量子阱材料Rashba 和Dresselhaus自旋軌道親合比值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于自旋電子學(xué)器件具有低能耗、高集成度、高數(shù)據(jù)處理速度等優(yōu)點(diǎn)，因此成為 當(dāng)前的研宄熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)自旋電子學(xué)器件的必要條件是體系中高度的自旋極化和自旋狀 態(tài)的有效控制。自旋軌道耦合提供了一種調(diào)控自旋軌道耦合的全電學(xué)的方法，從而成為 自旋電子學(xué)的一個重要的研宄內(nèi)容。自旋軌道耦合根據(jù)其起源的不同，可以分成兩種， 一種是Dresselhaus自旋軌道親合，它是由體反演不對稱（bulk inversion asymmetry， ΒΙΑ)引起的，另一種是Rashba自旋軌道親合，由結(jié)構(gòu)反演不對稱（structure inversion asymmetry，SIA)引起的。這兩種自旋軌道親合會發(fā)生相互作用，從而導(dǎo)致各向異性自旋分 裂。此外，當(dāng)這兩種自旋軌道耦合強(qiáng)度相等時，自旋弛豫就會被抑制，自旋電子的壽命將大 大延長，這對于設(shè)計和實(shí)現(xiàn)自旋電子學(xué)器件具有十分重要的意義。因此，有效的調(diào)控Rashba 和Dresselhaus自旋軌道親合的比值就顯得十分重要。
[0003] 目前，有文獻(xiàn)報道，可以通過改變量子阱的勢皇層中調(diào)制摻雜的位置，或者通過臺 階量子講結(jié)構(gòu)來調(diào)控Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合的比值。然而，這兩種方法成本 較高，難度較大，且難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種調(diào)控半導(dǎo)體量子阱材料Rashba和 Dresselhaus自旋軌道親合比值的方法，能夠簡便快捷且有效的調(diào)控半導(dǎo)體量子講Rashba 和Dresselhaus自旋軌道親合比值。
[0005] 本發(fā)明米用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種調(diào)控半導(dǎo)體量子講材料Rashba和Dresselhaus自 旋軌道耦合比值的方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟Sl :選擇符合條件的半導(dǎo)體量子阱材料；
[0007] 步驟S2 :用一束能量高于步驟Sl中所述半導(dǎo)體量子阱材料帶隙的光照射所述 半導(dǎo)體量子阱材料，同時改變所述半導(dǎo)體量子阱材料的溫度，測量半導(dǎo)體量子阱材料的 Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合比值。
[0008] 進(jìn)一步地，步驟Sl中所述的條件為：半導(dǎo)體量子阱材料為單晶結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體量子 阱材料沒有進(jìn)行摻雜、半導(dǎo)體量子阱材料的阱寬的量級為幾個納米到幾十納米、半導(dǎo)體量 子阱材料的帶階分布屬于I型結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體量子阱材料的激子束縛能高于6meV并且半導(dǎo)體 量子阱材料的內(nèi)建電場大于7kV/cm。
[0009] 進(jìn)一步地，所述步驟S2中用以照射半導(dǎo)體量子阱材料的光的功率大于4mW/cm2。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟S2具體包括以下步驟：
[0011] 步驟S21 :將照射用的光波長調(diào)到所述半導(dǎo)體量子阱材料激子效應(yīng)較強(qiáng)的波長位 置；
[0012] 步驟S22 :改變半導(dǎo)體量子阱材料的溫度為預(yù)設(shè)溫度值，分別測得所述半導(dǎo)體量 子講材料的Isia和Ibia，計算該溫度下Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合的比值I SIA/IBIA; 其中，Isia為所述半導(dǎo)體量子阱材料Rashba自旋軌道耦合引起的光電流，IBIA為由半導(dǎo)體量 子講Dresselhaus自旋軌道親合引起的光電流；
[0013] 步驟S23 :改變預(yù)設(shè)溫度值，返回步驟S22。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟S22與步驟S23中，預(yù)設(shè)溫度值范圍為400K-0K。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 1、本發(fā)明提供的這種調(diào)控半導(dǎo)體量子講Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合比 值的方法，十分簡單易行，成本低廉，有利于日后推廣應(yīng)用。
[0017] 2、本發(fā)明提供的這種調(diào)控Rashba和DresseIhaus自旋軌道親合比值的方法，調(diào)控 效果明顯，調(diào)控范圍較大，并且較容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)控。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中一個半導(dǎo)體量子阱樣品的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中測量半導(dǎo)體量子阱Rashba和Dresselhaus自旋軌道耦 合比值的測試系統(tǒng)示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中測量半導(dǎo)體量子阱Rashba和Dresselhaus自旋軌道耦 合比值的樣品和光路分布示意圖，其中圖3(a)為測量半導(dǎo)體量子阱Rashba自旋軌道耦合 的樣品和光路分布示意圖，圖3(b)為測量半導(dǎo)體量子阱Dresselhaus自旋軌道耦合的樣品 和光路分布不意圖。
[0021] 圖4為本發(fā)明的實(shí)施例中的半導(dǎo)體量子阱樣品對應(yīng)于量子阱第一重空穴子帶到 第一電子子帶躍迀的Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合比值隨溫度的變化曲線。
[0022] [主要組件符號說明]
[0023] 圖1中，1為（001)面半絕緣GaAs襯底，2為200納米（nm)的GaAs緩沖層，3為 5〇nm 的 Ala3Gaa7As 勢皇層，4 為 IOnmIntll5Gaa85As 勢講層，5 為 IOnm 的 Ala3Gaa7As 勢皇層， 勢阱層4和勢皇層5重復(fù)10個周期，6為50nm的Ala3Gaa7As勢皇層，7為IOnmGaAs蓋層。
[0024] 圖2中，201為超連續(xù)白光激光器，202為斬波器，203為單色儀，204為起偏器，205 為光彈性調(diào)制器，206為低溫恒溫器，207為半導(dǎo)體量子阱樣品，208為電流前置放大器，209 和210均為兩臺鎖相放大器。
[0025] 圖3中，31為入射激發(fā)光，32為樣品的法線方向，33為待測半導(dǎo)體量子阱樣品，34 為打在樣品上光斑，35為樣品上的銦電極，36為由Rashba自旋軌道耦合誘導(dǎo)的光電流I SIA， 37為由Dresselhaus自旋軌道親合誘導(dǎo)的光電流IBIA。
[0026] 圖4中，矩形符號41表不實(shí)驗(yàn)測得的半導(dǎo)體量子講IHlE躍迀的Rashba和 Dresselhaus自旋軌道親合比值，豎直走向的短線42表示測量誤差。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028] 本實(shí)施例提供了一種調(diào)控半導(dǎo)體量子講材料Rashba和Dresselhaus自旋軌道親 合比值的方法，包括以下步驟：
[0029] 步驟Sl :選擇符合條件的半導(dǎo)體量子阱材料；
[0030] 步驟S2 :用一束能量高于步驟Sl中所述半導(dǎo)體量子阱材料帶隙的光照射所述 半導(dǎo)體量子阱材料，同時改變所述半導(dǎo)體量子阱材料的溫度，測量半導(dǎo)體量子阱材料的 Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合比值。
[0031] 在本實(shí)施例中，步驟Sl中所述的條件為：半導(dǎo)體量子阱材料為單晶結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體 量子阱材料沒有進(jìn)行摻雜、半導(dǎo)體量子阱材料的阱寬的量級為幾個納米到幾十納米、半導(dǎo) 體量子阱材料的帶階分布屬于I型結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體量子阱材料的激子束縛能高于6meV并且半 導(dǎo)體量子阱材料的內(nèi)建電場大于7kV/cm。
[0032] 在本實(shí)施例中，所述步驟S2中用以照射半導(dǎo)體量子阱材料的光的功率大于4mW/ cm2。
[0033] 在本實(shí)施例中，所述步驟S2具體包括以下步驟：
[0034] 步驟S21 :將照射用的光波長調(diào)到所述半導(dǎo)體量子阱材料激子效應(yīng)較強(qiáng)的波長位 置；
[0035] 步驟S22 :改變半導(dǎo)體量子阱材料的溫度為預(yù)設(shè)溫度值，分別測得所述半導(dǎo)體量 子講材料的Isia和Ibia，計算該溫度下Rashba和Dresselhaus自旋軌道親合的比值I S