Автореферат (Динамика спиновой когерентности в полупроводниковых наноструктурах), страница 4

6. Зависимости: (a) спиновой поляризации, -Sbz, и (b) фазы сигналаперед приходом импульса накачки (t → 0−) от магнитного поля. РСУ и ССПрежимы показаны стрелками. Цифры в кружках поставлены для соответствия срис. 7. τs/TR =3, Θ=π, Δωg = 0.1ω0, τTs << τr.Динамика спиновой поляризации в магнитных полях, отмеченных цифрамина рис. 6(a), показана на рис.

7. Рисунок 7(a) соответствует режиму РСУ (слабыемагнитные поля). Видно, что фаза и амплитуда спиновой поляризации прималеньких отрицательных задержках зависит от положения частоты прецессииотносительно синхронизованных мод. При этом в режиме ССП, показанном нарис. 7(b), фаза и амплитуда перед приходом импульса постоянны, независимо оттого, удовлетворяет ли средняя частота прецессии условию синхронизации илинет.211 0 = 2.5 R0.3 (a)РСУ2 0 = 3 R0.0 Sz-0.33 0 = 5 R0.3 (b)ССП4 0 = 5.5 R0.0-0.3-1.0-0.8-0.6 -0.4-0.20.0Время задержки, t / TR0.20.4Рис.7 Спиновая поляризация носителя как функция задержки междуимпульсами накачки и зондирования для различных магнитных полей,отмеченных цифрами на рис.

6(a). Панель (а) соответствует режиму РСУ, а панель(b) – режиму ССП. τs/TR =3, Θ=π, Δωg = 0.1ω0, τTs << τr.Переход между режимами РСУ и ССП был экспериментально реализован вспиновом ансамбле дырок в положительно заряженных квантовых точках InGaAsв работе [А27]. В пятой главе диссертации приведены экспериментальные данныедля режима ССП и перехода между режимами ССП и РСУ, полученные наансамблях квантовых точек (In,Ga)As/GaAs, заряженных электронами илидырками.В конце пятой главы описывается явление ядерной спиновой фокусировки[A14], которое сопровождает эффект синхронизации спиновой прецессииэлектронов. Времена когерентности электронного и дырочного спинов визучаемыхансамбляхограничиваются,преждележатвсего,вобластимикросекундныхвзаимодействиемсзначенийядернымииспинами,релаксирующими в этой временной шкале.

Наши исследования показали, что, приопределенных условиях, ядерный резервуар может не только разрушать спиновуюкогерентность, но и вносить конструктивный вклад в спиновую когерентность,22фокусируя исходно неоднородный спиновый ансамбль в одну синхронизованнуюмоду [А14,A17,A19]. Основная идея, объясняющая эффект подстройки частотэлектроннойспиновойпрецессиикусловиямсинхронизациизасчетвзаимодействия с ядерной спиновой системой, заключается в следующем.Действие ядерной спиновой поляризации на электронный спин можно себепредставить как эффективное магнитное поле.

Электрон прецессирует всуммарном поле, внешнем и ядерном, и, следовательно, частота прецессиизависит от ядерного поля. Электронный спин, в свою очередь, также воздействуетна ядерные спины за счет сверхтонкого взаимодействия. В подансамблеквантовых точек, в которых частота электронной прецессии кратна частотеследованиялазерныхпоследовательностиимпульсов,лазерныхэлектронныеимпульсовспиныпоследействияполностью поляризуютсяиневзаимодействуют со светом. В результате, они не влияют на ядерные спины,которые могут долго существовать без релаксации в этом подансамбле. Вподансамбле квантовых точек, в которых частота некратна частоте следованиялазерных импульсов, электронная поляризация все время изменяется поддействием лазерных импульсов. В результате состояние ядерной спиновойсистемы все время изменяется.

При этом если в результате ядерной спиновойдинамики частоты электронной прецессии в квантовых точках становятся кратнычастоте следования лазерных импульсов, то дальше в этом подансамблеэлектронная и ядерная поляризация стабилизируется, как и в первом случае.В заключение пятой главы кратко представлены существующие кнастоящему времени два теоретических подхода для описания эффекта ядернойфокусировки. Один предполагает случайные перевороты ядерных спинов [A14]из-за того, что взаимодействующий с ними электронный спин подвергаетсявоздействию световых импульсов. Основная идея другого подхода заключается втом, что подстройка частоты происходит направленно [A26].23В заключении приведены основные результаты и выводы работы:1.

Разработаны методы теоретического описания квантовых биений в сигналахполяризованной фотолюминесценции и в спиновых сигналах фарадеевскоговращения и эллиптичности для полупроводниковых наноструктур ссамоорганизованными квантовыми точками.2. Изанализаквантовыхфотолюминесценцииибиенийвсигналахфарадеевскогополяризованнойвращенияустановленаэнергетическая структура спиновых состояний и определены механизмырелаксации в наноструктурах с неоднородно уширенным ансамблемсамоорганизованных квантовых точек InP/InGaP и InAs/GaAs.3. Получена универсальная зависимость g-фактора электрона от энергииоптического перехода для наноструктур с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs.4. Теоретически и экспериментально исследован эффект накопления спиновойполяризации в однократно заряженных квантовых точках и слаболегированных квантовых ямах, находящихся под действием периодическогооптическоговозбуждения.Показано,чтонакоплениеполяризациипроявляется в виде двух взаимоисключающих режимов: резонансногоспиновогоусиленияисинхронизациимодспиновойпрецессии.Предсказаны и экспериментально подтверждены условия наблюдениякаждого из режимов.5.

Построенамодельформированиясигналарезонансногоспиновогоусиления, позволяющая из сопоставления с экспериментом с высокойточностью определять физические характеристики спиновой системы.6. Показано, что синхронизация частот спиновой прецессии позволяетмакроскопическомуансамблюэлектронныхспиновкогерентнопрецессировать на одной частоте.7. Проанализирован эффект ядерной спиновой фокусировки.

Показано, чтосверхтонкое взаимодействие спина электрона, локализованного в квантовойточке, с ядерными спинами позволяет увеличить время спиновой памяти натри-четыре десятичных порядка, вплоть до десятков секунд.24Основные результаты диссертации опубликованы в работах:[A1] Yugova I.A., Davydov V.G., Gerlovin I. Ya., Ignatiev I.V., Kozin I.E., SugisakiM. Masumoto Y.

Spin quantum beats in the Stokes shifted photoluminescence of InPquantum dots// Physica Status Solidi b. -2002.- V. 190. - p. 547-550.[A2] Yugova I.A., Gerlovin I.Ya., Davydov V.G., Ignatiev I.V., Kozin I.E., Ren H.-W.,Sugisaki M., Sugou S. Masumoto Y. Fine structure and spin quantum beats in InPquantum dots in a magnetic field// Physical Review B. - 2002. –V 66. – 235312.[A3] Ignatiev I.V., Okuno T., Verbin S. Yu., Yugova I. A.,Masumoto Y.. Spinquantum beats in charged and neutral InP quantum dots // Physica E.

– 2003.-V. 17. – p.365.[A4] Masumoto Y., Gerlovin I. Ya., Ikezawa M., Ignatiev I. V., Okuno T., Verbin S.Yu., Yugova I. A. Spin relaxation in InP quantum dots // Physica Status Solidi C.2003.- Vol. 0.- p. 1368-1371.[A5] Masumoto Yasuaki, Ignatiev Ivan V., Nishbayashi Kazuhiro, Okuno Tsuyoshi,Verbin Sergey Yu., Yugova Irina A. Quantum beats in semiconductor quantum dots//Journal of Luminescence .-2004-V.108.-pp.

177-180.[A6] Greilich A., Oulton R., Zhukov E.A., Yugova I.A., Yakovlev D.R., Bayer M.,Shabaev A., Efros Al.L., Stavarache V., Reuter D., Wieck A. Optical control of electronspin dynamics in self-assembled In,GaAs/GaAs quantum dots// Physica Status SolidiB.- 2006.

-V. 243. pp. 3719-3724.[A7] Greilich A., Oulton R., Zhukov E. A., Yugova I. A., Yakovlev D. R., Bayer M.,Shabaev A., Efros Al. L., Stavarache V., Reuter D., Wieck A. Optical generation ofspin coherence in singly-charged In,GaAs/GaAs self-assembled quantum dots// PhysicaStatus Solidi. – 2006- V. 3. pp. 3740-3743.[A8] Greilich A., Oulton R., Zhukov E.A., Yugova I.A., Yakovlev D.R., Bayer M.,Shabaev A., Efros Al.L., Merkulov I.A., Stavarache V., Reuter D., Wieck A. Opticalcontrol of spin coherence in singly charged In,GaAs/GaAs quantum dots// PhysicalReview Letters.

-2006.-V. 96. –p. 227401.25[A9] Greilich A., Yakovlev D. R., Shabaev A., Efros Al. L., Yugova I. A., Oulton R.,Stavarache V., Reuter D., Wieck A.,Bayer M. Mode Locking of Electron SpinCoherences in Singly Charged Quantum Dots// Science. 2006.- V. 313.-pp. 341-345.[A10] Gerlovin I. Ya., Efimov Yu. P., Dolgikh Yu. K., Eliseev S. A., Ovsyankin V. V.,Petrov V. V., Cherbunin R. V., Ignatiev I. V., Yugova I.

A., Fokina L. V., Greilich A.,Yakovlev D. R., Bayer M. Electron-spin dephasing in GaAs/Al0.34Ga0.66As quantumwells with a gate-controlled electron density // Physical Review B. 2007. – V. 75.- p.115330.[A11] Yugova I. A., Greilich A., Zhukov E. A., Yakovlev D. R., Bayer M., Reuter D.,Wieck A.

D. Exciton fine structure in InGaAs/GaAs quantum dots revisited by pumpprobe Faraday rotation // Physical Review B. -2007.- V. 75. – p. 195325.[A12] Yugova I. A., Greilich A., Yakovlev D. R., Kiselev A. A., Bayer M., Petrov V.V., Dolgikh Yu. K., Reuter D., Wieck A. D.

Universal behavior of the electron g factorin GaAs/AlxGa1-xAs quantum wells // Physical Review B. – 2007.-V. 75.- p. 245302.[A13] Greilich A., Wiemann M., Hernandez F. G., Yakovlev D. R., Yugova I. A., BayerM., Shabaev A., Efros Al. L., Reuter D., Wieck A.

D. Robust manipulation of electronspin coherence in an ensemble of singly charged quantum dots // Physical Review B. 2007.- V. 75. –p. 233301.[A14] Greilich A., Shabaev A., Yakovlev D. R., Efros Al. L., Yugova I. A., Reuter D.,Wieck A. D.,Bayer M. Nuclei Induced Frequency Focusing of Electron SpinCoherence. // Science. -2007.- V. 317. – pp. 1896-1899.[A15] Герловин И.Я., Игнатьев И.В., Югова И.А.