用微波场研究窄禁带半导体的自旋-轨道相互作用

半导体二维结构的电子零场自旋分裂是制备自旋晶体管的基本物理特性。它的产生可归纳为结构反演非对称性（Rashba项）和体反演非对称性（Dresselhaus项）二种物理机制。通常认为Rashba项可用电场调控它的强度。因此，它在电子自旋器件中更具潜在用途，研究它与材料以及结构叁量的依从关系是目前人们最关注的重点之一。而窄禁带半导体特别是HgCdTe材料具有巨零场自旋分裂特性，是电子自旋器件的最佳可选材料。本项目选择窄禁带半导体作为研究对象，首创性地提出利用微波激发的电子自旋共振峰来测量平行磁场下的电子自旋分裂能，然后改变磁场与样品的夹角，外推出垂直磁场下的电子自旋分裂能，比较电子自旋分裂能的垂直与平行磁场的分量差，通过它评价Rasha项和Dresslhaus项的贡献比重。选取最佳材料和最佳样品结构使Rashba自旋轨道耦合最大化，为新型的半导体自旋电子器件提供物理基础。

本项目的预期目标：将会在本研究室建立起一套完整的微波调控的低温、强磁场测试系统，并对电子自旋输运的微波调控有一个较全面、深刻的认知。在以上方向形成自己独立的研究体系。研究成果参与国内外学术交流，发表6篇以上论文。.本项目在完成过程中自行设计和加工完成了可工作于低温（1.3K）、强磁场（18T）的微波样品杆。在设计中首次采用碳纤维管（内壁镀金）作为高频微波（18-40G）传输的波导管，成功克服了采用铜波导管引起的液氦消耗量大、低温无法维持的致命弱点。并申请了发明专利（201110250712.5）和新型实用专利各一项。在HgCdTe薄膜中实验上首次观察到微波持续照射引起电子退相干时间的增强效应，它可以用电子玻璃（electron glass）模型来很好的解释。发表标注受本项目资助的国际SCI论文13篇接收1篇和申请发明专利一项。研究成果参与国内外学术交流，培养硕士一名和博士研究生三名。