科学研究
科研成果
唐宁、沈波研究团队实现室温下氮化物半导体低维结构中自旋弛豫时间的电场调控
发布日期:2020-06-06浏览次数:

III族氮化物宽禁带半导体是有望实现室温自旋逻辑器件的材料体系之一,对其中自旋弛豫过程的有效调控则是实现自旋场效应晶体管的关键环节。在国家重点研发计划项目的资助下,北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室唐宁、沈波研究团队与合作者通过时间分辨克尔光谱,研究了InGaN/GaN量子阱中自旋弛豫时间对外加单轴应力的依赖关系。通过结构设计使Rashba和Dresselhaus两种自旋轨道耦合作用接近相互抵消的状态,使室温下InGaN/GaN量子阱中自旋弛豫时间长达311 ps,远大于GaN体材料;同时观测到InGaN/GaN量子阱中自旋弛豫时间随外加单轴应力迅速减小,根据DP自旋弛豫机制提取获得了两种自旋轨道耦合系数比值与外加应力的依赖关系,确认了极化电场对自旋弛豫过程的调控作用,为GaN基自旋场效应晶体管的研制奠定了科学基础。

Fig. (a) InGaN/GaN量子阱中自旋轨道耦合有效磁场在动量空间的分布,(b)在DP自旋弛豫机制下,自旋弛豫时间与自旋轨道耦合系数比值的关系

该工作于2020年6月1日在线发表于学术期刊《Advanced Science》上,题为“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)。北京大学博士生刘星辰为该论文第一作者,唐宁研究员和沈波教授为该论文通讯作者,合作者包括香港科技大学荣休教授葛惟昆、中科院半导体所研究员姬扬,以及北京大学宽禁带半导体研究中心的部分老师和同学。该工作还得到了国家自然科学基金等项目的资助。