半导体低维结构电子自旋弛豫研究

The key of quantum information and quantum computing is to control the electron spin in semiconductor and use the spin to store information. The electron spin memory loss mainly comes from electron spin relaxation, which is the core issue of spintronics. One of the main task of spintronics is to discover effective ways to .maintain spin long enough and realize desired effects. The goal of the research is to manipulate the spin of electrons on purpose by effective methods in order to optimize the perfomance of spintronic devices. We will manipulate the spin splitting and spin relaxation of asymmetric quantum wells by the means of quantum well structure design, doping and external electric field,etc, and make a thorough inquiry into the physical mechanism associated with the effect of spin splitting and its anisotropy on electron spin relaxation of asymmetric quantum well. We hope we can artificially control the electron spin relaxation, use a small external electric field to control the spin lifetime of electrons, and design hign speed spintronic devices which is easy to realize. The research will provide a theoretical basis for desining new quantum devices as well as realizing quantum computing and quantum information.

控制半导体中电子的自旋使其实现信息的记忆是量子信息和量子计算的关键，而电子自旋记忆的损失主要源自于电子的自旋弛豫，自旋弛豫是自旋电子学的核心问题之一。寻求有效的方式使自旋能够保持足够长的时间并产生预期的效应是自旋电子学的主要任务之一。本项目的研究旨在通过有效的方式对电子的自旋进行有目的地调控以优化器件性能。同时利用量子阱结构设计、掺杂、电场等因素调控不对称量子阱的能带自旋分裂和电子自旋弛豫，探究不对称量子阱的能带自旋分裂及其各向异性影响电子自旋弛豫的物理机制，实现对电子自旋弛豫的人工调控，并希望设计出高速且实验上比较容易实现的自旋电子器件。通过本项目的研究为设计新型量子器件、实现量子计算和量子信息提供物理依据。

控制半导体中电子的自旋使其实现信息的记忆是量子信息和量子计算的关键，本项目的研究旨在通过有效的方式对电子的自旋进行有目的地调控使电子自旋能够保持足够长的时间以便对以自旋极化形式存储的信息进行处理。本项目围绕控制半导体不对称量子阱中的电子自旋开展了系列工作，主要包括三部分：（1）设计了多种不对称量子阱，研究这些不对称量子阱中的Rashba效应和Dresselhause效应分别在哪些情况下对能带自旋分裂起主导作用，通过可调参数对Rashba效应和Dresselhause效应进行有目的地调控；（2）研究了多种不对称量子阱的电子自旋弛豫，探索了使电子自旋保持足够长时间以便对以自旋极化形式存储的信息进行处理的有效方法；（3）设计了通过新的方式操控的新型自旋电子器件。结果表明：设计不对称量子阱结构调控自旋轨道相互作用可以避免外场调控自旋轨道相互作用的复杂性，不仅能够增强Rashba效应，调控Dresselhaus效应，还能够增长自旋弛豫时间，是控制电子自旋的有效方式。在本项目资助下，围绕半导体低维结构电子自旋弛豫开展了系列创新性的基础研究，共发表SCI论文5篇。