科學研究
科研成果
唐甯、沈波研究團隊實現室溫下氮化物半導體低維結構中自旋弛豫時間的電場調控
發布日期:2020-06-06 浏覽次數:

III族氮化物寬禁帶半導體是有望實現室溫自旋邏輯器件的材料體系之一,對其中自旋弛豫過程的有效調控則是實現自旋場效應晶體管的關鍵環節。在國家重點研發計劃項目的資助下,beat365官方网站、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室唐甯、沈波研究團隊與合作者通過時間分辨克爾光譜,研究了InGaN/GaN量子阱中自旋弛豫時間對外加單軸應力的依賴關系。通過結構設計使Rashba和Dresselhaus兩種自旋軌道耦合作用接近相互抵消的狀态,使室溫下InGaN/GaN量子阱中自旋弛豫時間長達311 ps,遠大于GaN體材料;同時觀測到InGaN/GaN量子阱中自旋弛豫時間随外加單軸應力迅速減小,根據DP自旋弛豫機制提取獲得了兩種自旋軌道耦合系數比值與外加應力的依賴關系,确認了極化電場對自旋弛豫過程的調控作用,為GaN基自旋場效應晶體管的研制奠定了科學基礎。

Fig. (a) InGaN/GaN量子阱中自旋軌道耦合有效磁場在動量空間的分布,(b)在DP自旋弛豫機制下,自旋弛豫時間與自旋軌道耦合系數比值的關系

該工作于2020年6月1日在線發表于學術期刊《Advanced Science》上,題為“Effective Manipulation of Spin Dynamics by Polarization Electric Field in InGaN/GaN Quantum Wells at Room Temperature”(DOI:https://doi.org/10.1002/advs.201903400)。beat365博士生劉星辰為該論文第一作者,唐甯研究員和沈波教授為該論文通訊作者,合作者包括香港科技大學榮休教授葛惟昆、中科院半導體所研究員姬揚,以及beat365寬禁帶半導體研究中心的部分老師和同學。該工作還得到了國家自然科學基金等項目的資助。