Experimental study on the spin-orbit coupling property in low-dimensional semiconductor structures

Étude experimentale de la propriété de couplage spin-orbite dans des structures semi-conductrices de basse dimensionalité

• Auteur / Autrice : Hongming Zhao
• Direction : Kuntheak Kheng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec Institute of physics, Chinese Academy of sciences (CAS)-Chine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanostructures

Semiconducteurs à bande interdite étroite

Résumé

Nous avons étudié les propriétés optiques et le couplage spin-orbite dans différentes structures semi-conductrices de basse dimension. La dynamique de spin dans des gaz d'électrons bidimensionnels d'une hétérostructure GaAs/AIGaAs (001) a été étudiée par la technique de rotation Kerr résolue en temps. Les résultats montrent que la durée de vie du spin dans le plan du puits est anisotrope et que la densité des électrons affecte fortement le couplage spin-orbite de type Rashba. Nous avons observé ensuite une grande anisotropie du facteur g de l'électron dans des puits quantiques GaAs/AIGaAs (001) asymétriques, et la dépendance en température de son amplitude a été mesurée. Deuxièmement, nous avons fait l'étude expérimentale du dédoublement du spin électronique dans le plan des puits GaN/AIGaN C(0001) à température ambiante. La mesure du courant de l'effet photo-galvanique circulaire montre clairement un dédoublement isotrope dans le plan du puits. Troisièmement, les premières mesures du facteur g dans des films minces de GaAsN à température ambiante a été faite par la technique de rotation Kerr résolue en temp: Elles montrent que le facteur g peut être modifié drastiquement par l'introduction d'une petite quantité d'azote dans GaAs. Enfin, les caractéristiques optiques de transitions indirectes dans des séries de nano-bâtonnets linéaire CdTe/CdSe/CdTe de taille et de forme variables ont été étudiées par photoluminescence stationnaire et résolue en temps. Nos résultats montrent le transfert progressif d'une transition optique directe (type 1) au sein de Cd Se vers une transition indirecte (type Il) entre CdSe/CdTe à mesure que la longueur des nano-bâtonnets augmente.

We have studied the spin-orbit coupling and optical properties in severallow-dimensional semiconductor structures. First, the spin dynamics in (001) GaAs/A/GaAs two-dimensional electron gas was investigated by time resolved Kerr rotation technique under a transverse magnetic field. The in-plane spin lifetime is found to be anisotropic. The results show that the electron density in two-dimensional electron gas channel strongly affects the Rashba spin-orbit coupling. Then, a large anisotropy of the magnitude of in-plane conduction electron 9 factor in asymmetric (001) GaAs/AIGaAs QWs was observed and its tendency of temperature dependence was studied. Second, the experimental study of the in-plane-orientation dependent spin splitting in the C(0001) GaN/A/GaN two-dimensional electron gas at room temperature was reported. The measurement of circular photogalvanic effect current clearly shows the isotropic in-p/ane spin splitting in this system for the first time. Third, the first measurement of conduction electron 9 factor in GaAsN at room temperature was done by using time resolved Kerr rotation technique. It demonstrates that the 9 factor can be modified drastically by introducing a small amount of nitrogen in GaAs bulk. Finally, the optical characteristic a indirect type Il transition in a series of size and shape-controlled linear CdTe/CdSe/CdTe heterostructure nanorods was studied by steady-state and time resolved photoluminescence. Our results show the steady transfer from the direct optical transition (type 1) within Cd Se to the indirect transition (type Il) between CdSe/CdTe a the length of the nanorods increases.