Published June 6, 2018 | Version v1
Publication Open

Robustness of spin polarization against temperature in multilayer structure: Triple quantum well

Creators

  • 1. Universidade de São Paulo
  • 2. Gomal University
  • 3. Institute of Semiconductor Physics
  • 4. Novosibirsk State University

Description

We address the temperature influence on the precessional motion of electron spins under a transverse magnetic field, studied in GaAs/AlGaAs triple quantum wells, using pump-probe Kerr rotation. In the presence of an applied in-plane magnetic field, the TRKR measurements show the robustness of carrier's spin polarization against temperature, which can be easily traced in an extended range up to 250 K. By tuning the pump-probe wavelength to the exciton bound to a neutral donor transition, we observed a remarkably long-lasting spin coherence (with dephasing time T2*> 14 ns) limited by the spin hopping process and exchange interaction between the donor sites, as well as the ensemble spread of the g-factor. The temperature dependent spin dephasing time revealed a double linear dependence due to the different relaxation mechanisms active in respective temperature ranges. We observed that the increase in sample temperature from 5 K to 250 K leads to a strong T2* reduction by almost 98%/97% for the excitation wavelengths of 823/821 nm. Furthermore, we noticed that the temperature increase not only causes the reduction of spin lifetime, but can also lead to the variation of the electron g-factor. Additionally, the spin dynamics were studied through the dependencies on the applied magnetic field and optical pump power.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نتناول تأثير درجة الحرارة على الحركة التمهيدية للدوران الإلكتروني تحت مجال مغناطيسي مستعرض، تمت دراسته في آبار GaAs/AlGaAs الكمومية الثلاثية، باستخدام دوران Kerr لمسبار المضخة. في وجود مجال مغناطيسي مطبق داخل الطائرة، تُظهر قياسات TRKR قوة استقطاب دوران الحامل ضد درجة الحرارة، والتي يمكن تتبعها بسهولة في نطاق ممتد يصل إلى 250 كلفن. من خلال ضبط الطول الموجي لمسبار المضخة على الإكسيتون المرتبط بانتقال متبرع محايد، لاحظنا تماسك دوران طويل الأمد بشكل ملحوظ (مع وقت إزالة الطور T2 * > 14 ns) محدودًا بعملية القفز الدوراني وتفاعل التبادل بين مواقع المتبرع، بالإضافة إلى انتشار المجموعة لعامل g. كشف وقت تقليل الدوران المعتمد على درجة الحرارة عن اعتماد خطي مزدوج بسبب آليات الاسترخاء المختلفة النشطة في نطاقات درجة الحرارة المعنية. لاحظنا أن الزيادة في درجة حرارة العينة من 5 كلفن إلى 250 كلفن تؤدي إلى انخفاض قوي في T2* بنسبة 98 ٪ تقريبًا/97 ٪ لأطوال موجات الاستثارة البالغة 823/821 نانومتر. علاوة على ذلك، لاحظنا أن زيادة درجة الحرارة لا تؤدي فقط إلى تقليل عمر الدوران، ولكن يمكن أن تؤدي أيضًا إلى تباين عامل g الإلكتروني. بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة ديناميكيات الدوران من خلال الاعتماد على المجال المغناطيسي المطبق وقوة المضخة الضوئية.

Translated Description (French)

Nous abordons l'influence de la température sur le mouvement de précession des spins d'électrons sous un champ magnétique transversal, étudié dans des puits quantiques triples GaAs/AlGaAs, en utilisant la rotation Kerr pompe-sonde. En présence d'un champ magnétique appliqué dans le plan, les mesures TRKR montrent la robustesse de la polarisation de spin du porteur par rapport à la température, qui peut être facilement tracée dans une plage étendue allant jusqu'à 250 K. En accordant la longueur d'onde pompe-sonde à l'exciton lié à une transition donneur neutre, nous avons observé une cohérence de spin remarquablement longue (avec un temps de déphasage T2* > 14 ns) limitée par le processus de saut de spin et l'interaction d'échange entre les sites donneurs, ainsi que l'étalement de l'ensemble du facteur g. Le temps de déphasage du spin dépendant de la température a révélé une double dépendance linéaire due aux différents mécanismes de relaxation actifs dans les plages de température respectives. Nous avons observé que l'augmentation de la température de l'échantillon de 5 K à 250 K conduit à une forte réduction de T2* de près de 98%/97% pour les longueurs d'onde d'excitation de 823/821 nm. De plus, nous avons remarqué que l'augmentation de la température provoque non seulement la réduction de la durée de vie du spin, mais peut également entraîner la variation du facteur g de l'électron. De plus, la dynamique de spin a été étudiée à travers les dépendances du champ magnétique appliqué et de la puissance de la pompe optique.

Translated Description (Spanish)

Abordamos la influencia de la temperatura en el movimiento precesional de los espines electrónicos bajo un campo magnético transversal, estudiado en pozos cuánticos triples de GaAs/AlGaAs, utilizando la rotación de Kerr bomba-sonda. En presencia de un campo magnético aplicado en el plano, las mediciones de TRKR muestran la robustez de la polarización del espín del portador frente a la temperatura, que se puede rastrear fácilmente en un rango extendido de hasta 250 K. Al ajustar la longitud de onda de la bomba-sonda al excitón unido a una transición donante neutra, observamos una coherencia de espín notablemente duradera (con un tiempo de desfase T2* > 14 ns) limitada por el proceso de salto de espín y la interacción de intercambio entre los sitios donantes, así como la propagación del conjunto del factor g. El tiempo de desfase de espín dependiente de la temperatura reveló una dependencia lineal doble debido a los diferentes mecanismos de relajación activos en los respectivos rangos de temperatura. Observamos que el aumento de la temperatura de la muestra de 5 K a 250 K conduce a una fuerte reducción de T2* en casi un 98%/97% para las longitudes de onda de excitación de 823/821 nm. Además, notamos que el aumento de temperatura no solo causa la reducción de la vida útil del espín, sino que también puede conducir a la variación del factor g del electrón. Adicionalmente, se estudió la dinámica de espín a través de las dependencias del campo magnético aplicado y la potencia óptica de bombeo.

Files

1801.04415.pdf

Files (5.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:952b042aa53af5fe04e80c825bbd3ae1
5.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
متانة استقطاب الدوران مقابل درجة الحرارة في الهيكل متعدد الطبقات: بئر كمومي ثلاثي
Translated title (French)
Robustesse de la polarisation de spin par rapport à la température dans une structure multicouche : puits quantique triple
Translated title (Spanish)
Robustez de la polarización del espín frente a la temperatura en la estructura multicapa: pozo cuántico triple

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2806938378
DOI
10.1063/1.5022313

Is supplement to
https://openalex.org/W4293823841 (Other)
https://openalex.org/W3131218272 (Other)
https://openalex.org/W2994124905 (Other)
https://openalex.org/W273411531 (Other)
https://openalex.org/W217048561 (Other)
https://openalex.org/W2064832860 (Other)
https://openalex.org/W2058959994 (Other)
https://openalex.org/W2013001823 (Other)
https://openalex.org/W1994295753 (Other)
https://openalex.org/W1545897713 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1674484128
  • https://openalex.org/W1970653952
  • https://openalex.org/W1975329089
  • https://openalex.org/W1978459709
  • https://openalex.org/W1991228049
  • https://openalex.org/W1998721691
  • https://openalex.org/W2006616502
  • https://openalex.org/W2015104753
  • https://openalex.org/W2016469329
  • https://openalex.org/W2023726614
  • https://openalex.org/W2029564108
  • https://openalex.org/W2030262486
  • https://openalex.org/W2030372239
  • https://openalex.org/W2032380161
  • https://openalex.org/W2032498675
  • https://openalex.org/W2034974125
  • https://openalex.org/W2042473487
  • https://openalex.org/W2046284758
  • https://openalex.org/W2052650655
  • https://openalex.org/W2059674415
  • https://openalex.org/W2084788576
  • https://openalex.org/W2087588914
  • https://openalex.org/W2258306846
  • https://openalex.org/W2330925409
  • https://openalex.org/W2334227380
  • https://openalex.org/W2462172729
  • https://openalex.org/W2512347243
  • https://openalex.org/W2611828133
  • https://openalex.org/W3037555202
  • https://openalex.org/W3098458233