2003 Fiscal Year Annual Research Report
磁性半導体量子井戸における光スピングダイナミクスの研究
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03J07080
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
萱沼 健太郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | 希薄磁性半導体 / 量子井戸構造 / スピン注入 / 励起子ダイナミクス / 時間分解発光分光 / キャリアトンネル / スピン偏極 / レート方程式 |
Research Abstract |
スピンエレクトロニクスデバイスの実現にあたり、半導体中にスピンの偏極したキャリアを効率よく注入させることが重要な課題となっている。我々は磁性半導体から非磁性半導体へのキャリアスピン注入過程を明らかにするために、希薄磁性半導体量子井戸と非磁性半導体量子井戸の間に非磁性半導体バリアを挟んだ2重量子井戸構造試料における励起子発光のピコ秒時間分解分光を行った。磁場印加の下で試料を光励起すると、磁性超格子Zn_<1-y>Mn_ySe/CdSe (MW)内でスピン偏極されたキャリアはバリア層のZnSeをトンネルし、非磁性井戸恥Zn_<1-y>Mn_ySe (NW)へと注入される。NW励起子発光に生じた円偏光特性の時間変化を調べることによりスピン偏極キャリアのトンネル過程を解明した。バリア幅(L_B)が励起子ボーア半径と同等のL_B=4nmの2重量子井戸試料ではNW励起子発光寿命は160psとなり、磁場印加時において、円偏光度は励起直後から〜0.15の値を示した。一方、バリア幅が励起子ボーア半径より充分厚いL_B=8nmの2重量子井戸試料におけるNW励起子発光寿命は150psと1.7nsの2成分の時定数をもち、円偏光度は0.06から0.3の値に400psの時定数で立ち上がる。これはMWから=400psの時定数でトンネルしてくるスピン偏極キャリアが存在することによる。MWの発光寿命が〜30psと短いことを考慮し、レート方程式を用いたモデル解析を行った。その結果によるとバリアの薄い試料では、電子と正孔は励起子として、電子スピンの偏極を保存したままトンネルし、バリアの厚い試料では、電子と正孔は個別のトンネル時間でMWからNWへとトンネルし、NWで励起子再結合していることがわかった。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] K.Kayanuma: "Spin injection and spin switching of excitons in coupled quantum wells of diluted magnetic semiconductors"Physica B. in print. (2004)
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[Publications] K.Kayanuma: "Transient photoluminescence spectroscopy of spin injection in CdTe-Cd_<1-x>Mn_xTe double quantum wells"Extended Abstracts of The 9th Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors. 63-66 (2003)
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[Publications] E.Nakayama: "Dynamics in magneto-optical properties of digital magnetic Zn_<1-x>Cd_xSe quantum wells"Physica E. in print. (2004)
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[Publications] S.Shirotori: "Magnetic field induced switching of spin injection in a Zn_<1-x>Mn_xTe/ZnTe double quantum well"Extended Abstracts of The 9th Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors. 184-187 (2003)
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[Publications] S.Shirotori: "Magnetic-field-induced level crossing and the spin dynamics of excitons in Zn_<1-x>Mn_xTe/ZnTe quantum wells"J.Superconductivity, incorporating Novel Magnetism. 16 No.2. 457-460 (2003)
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[Publications] Z.H.Chen: "Spin dynamics of excitons and magnetic ions in Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe quantum wells"Physica B. in print. (2004)