РНФ 22-12-00125-П

Исследования полупроводниковых низкоразмерных систем (квантовых ям, точек, и др.) представляют наиболее актуальную область современной физики полупроводников. Достижения в этой области наряду с достижениями технологии роста полупроводниковых наноструктур, открывают возможность разработки приборов, основанных на качественно новых явлениях, среди которых наибольшее внимание привлекают спиновые явления, спинтроника. Проект посвящен исследованию спиновой динамики в полупроводниковых нанострукткрах (квантовых ямах, квантовых точках) методами оптической спектроскопии как в непрерывном, так и в импульсном (субпикосекундном) режимах. Импульсный режим позволяет непосредственно измерять короткую спиновую динамику, а непрерывный режим измерения поляризации в магнитном поле дает дополнительную, порой уникальную информацию о малых энергетических расщеплениях (вплоть до 0.1 мкэВ) и временах спиновой релаксации. Сверхбыстрый оптический контроль спиновой динамики электронов открывает возможности для широкого спектра приложений, таких как кубиты, квантовые вычисления, элементы памяти и др. Кандидатами в физические носители спиновых кубитов, наряду со спинами дефектов в кристалле являются спины электронов в квантовых точках и квантовых ямах. Введение магнитных ионов в полупроводниковую матрицу существенно расширяет спектр наблюдаемых явлений и возможных практических приложений. Так, магнитный полярон, сформированный резидентной дыркой в квантово-размерных структурах, может служить потенциальным кандидатом для использования в качестве элементов памяти. В процессе выполнения Проекта 2022 были реализованы задачи оптического контроля спинового состояния в квантовых низкоразмерных структурах (квантовых ямах и квантовых точках), в том числе на основе разбавленных магнитных полупроводников (AII, Mn)BVI и непрямозонных в k-пространстве структур. При этом наблюдались неожиданные явления и закономерности, которые представляют большой интерес. Наиболее важные среди них, подробно описанные в разделе 4: эффекты сильной магнитной анизотропии в явлениях оптической ориентации и выстраивания, эффект «аномальной магнитолюминесценции», нетривиальные проявления динамической поляризации ядер в непрямозонных КТ. В более общем смысле непрямозонные квантовые точки (In,Al)As/AlAs представляет интерес ввиду перспективности материала не только для исследования фундаментальных спиновых свойств носителей, но и для прикладного применения. Так, в этом году в Phys. Rev. Lett. 132, 076202 (2024) на основе КТ (In,Al)As/AlAs была развита модель светодиода, излучающего циркулярно поляризованное излучение (с возможностью генерации одиночных фотонов) за счет пересечения экситонных уровней в слабом магнитном поле, без использования специальных магнитных контактов. Исследования показали, что процесс оптически индуцированной спиновой поляризации экситонов в квантовых точках (In,Al)As/AlAs является 2-х ступенчатым с превращением прямого Г-экситона в непрямой Х-экситон, с частичным сохранением спина и когерентности. Таким образом, открываются широкие возможности исследования процессов переноса спина (оптическая ориентация) и когерентности (оптическое выстраивание). Наконец, с помощью новой техники с временным разрешением, полученной лабораторией в рамках обновления приборной базы в 2024 году мы планируем существенно расширить исследования спиновой динамики. Идея заключается в том, что в низкоразмерных структурах на основе РМП (AII, Mn)BVI зеемановское расщепление уровней в магнитном поле может меняться в широких пределах – от 0 до энергии оптического фонона. Измеряя динамику процесса можно проследить зависимость вероятности переворота спина от этого расщепления (от энергии акустического фонона). Поскольку в таких процессах меняется проекция углового момента электрона (дырки, экситона), возможно поглощение или испускание эллиптически поляризованных поперечных акустических фононов.