基于GaNAs体系缺陷调控的新型自旋过滤器的物理特性研究

A major challenge for spintronics application is that room temperature effective to create electrons in the spin of a semiconductor, usually having the same number of spin up and spin down-electrons. Spin filter only allows the electrons with the desired spin direction and separate the others. A new type of defect engineered spin filter was discovered in non-magnetic semiconductor GaNAs.This type of spin filter making use of spin dependent recombination of the electron of deep defects, can work at room temperature without external magnetic fields.The main aim of this proposal is to investigate the physical and structual properties of this new type spin filter by combining theretical calculation with optical detected magnetic resonance(ODMR), optical detected electron nuclear dual resonance (ODENDOR),optical orientation, Hanle effect measurement and spin dependent photo conductivity technique.etc. Deep understanding of the physical properties is essential for fulture spintronic application.

对自旋电子学实际应用来说，其中一个主要挑战是在室温下如何有效地创建具有相同的电子自旋的半导体，自旋过滤器是实现自旋电子学这一应用的一个重要环节。基于非磁性半导体GaNAs体系缺陷调控的新型自旋过滤器可以有效的在室温无外磁场的条件下工作。这种自旋过滤器利用深能级缺陷电子自旋依赖复合（Spin dependent recombination, SDR）过程，可以在室温下得到较长时间的导带电子自旋寿命。本项目主要目的是利用理论计算结合与光学取向实验， 光探测磁共振和光探测电核双共振实验，Hanle效应谱以及自旋依赖的光电流谱等实验手段更深入的研究GaNAs材料中自旋依赖复合缺陷的结构和物理特性，为未来自旋电子学器件的可能实际应用奠定基础。

对自旋电子学实际应用来说，其中一个主要挑战是在室温下如何有效地创建具有相同的电子自旋的半导体，自旋过滤器是实现自旋电子学这一应用的一个重要环节。基于非此磁性半导体GaNAs体系缺陷调控的自旋过滤器可以有效的在室温非磁场的情况下利用缺陷电子自旋依赖复合（Spin dependent recombination, SDR）过程极化导带电子。因此对GaNAs物理特性的研究以及寻找新的具有接近室温条件下的具有高自旋极化率的半导体材料至关重要。我们的工作如下：a)成功生长GaAsN薄膜材料并测量得到室温下电子自旋极化率~34%和自旋依赖复合大小SDR：1.75。在此基础上发现利用GaAsN材料中存在的缺陷调控的自旋过滤器可以在室温下实现利用导带电子调控缺陷的核自旋，其核自旋极化率可以达到~15%。同时利用强磁场条件下的时间分辨光谱，研究GaNAs材料的光生载流子动力学过程；b）成功生长GaAsSb材料，并利用Hanle效应研究了其导带电子自旋寿命随温度的依赖关系，发现Sb的引入导致大的自旋轨道耦合效应引起自旋寿命的减小。同时发现在120K温度条件下其自旋极化率~21%; c）利用退火处理过程，在180 K,对自然生长GaAsSb样品，其自旋极化率只有6%，经过退火后，其样品的自旋极化率达到23%，样品的自旋探测率利用退火过程提高了3倍；同时发现在外加磁场条件下可以达到40%的自旋极化率，对未来自旋LED和自旋探测器的应用有重要价值；d）发现伽马空间辐照剂量大于20 Mrad会引起InGaN LED中In组分的起伏增大，导致发光峰位红移~54 meV，在航天应用有重要应用价值。