低维半导体结构中的偏振光电流效应

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我们采用圆偏振光或线偏振光,斜入射或垂直入射激发半导体样品,由于圆偏振光具有角动量,它能够与样品中的电子自旋发生相互作用,产生各种与自旋相关的物理现象。通过在不同的外部条件下(温度、电场、磁场、光照等)研究偏振光电流与材料本身能带结构及微观对称性的关系,我们可以进一步认识光电流这一宏观物理现象与材料微观特性的内在联系,为半导体自旋电子学的深入研究积累可靠的研究经验。  我们主要研究了低维半导体结构InAs纳米线超晶格、GaAs/AlGaAs二维电子气和石墨烯中的偏振光电流。取得了以下主要研究成果:  1.InAs纳米线超晶格中的圆偏振光致电流效应。InAs纳米线以Stranski-Krastanov(SK)模式生长于InAs/InAlAs周期性结构中,纳米线有大致相同的沿[110]的取向。我们采用1064nm近红外激发光在纳米线附近的准二维结构中产生圆偏振光致电流效应,由于受到纳米线特定取向引入的各向异性势垒的作用,圆偏振光致电流也呈现出各向异性,其中包括了结构反演不对称性和体反演不对称性对电流的贡献。我们通过对实验数据的拟合,得到了准二维结构中Rashba效应与Dresselhaus效应的比值,两者比值随纳米线淀积厚度的变化规律反映了准二维结构受到纳米线结构各向异性修饰作用而导致的自旋-轨道耦合的变化。  2.InAs纳米线超晶格中的线偏振棘轮光电流效应。InAs纳米线为低对称性的一维结构,在垂直和平行于纳米线的方向上表现出各向异性。当纳米线的各向异性势作用于其周边的C2v点群对称性的准二维结构上时,准二维的对称性会降低。我们利用垂直入射的线偏振中红外CO2激光,激发出平行于纳米线取向的光电流。光电流来源于各向异性的纳米线结构对电子的不对称散射。  3.石墨烯中的偏振光电流。我们利用中红外CO2激光在SiC衬底的大面积石墨烯样品中激发出光电流,观察到与圆偏振光及线偏振光相关的光电流信号。由于石墨烯与SiC衬底的作用,其对称性由D6d降低为C6v点群,光电流来源于光致电流效应和光子牵引效应的共同作用。由于SiC衬底中的纵光学声子在CO2激光波长范围内与入射光有强烈的相互作用,使得光致电流效应与光子牵引效应的相对强度发生变化,引起光电流的反号。  4.GaAs/AlGaAs二维电子气中的光场调制光致电流效应。我们初步研究了532nm非偏振光对1064nm偏振光激发的光致电流效应的影响。我们观察到光致电流效应随着532nm调制光功率改变导致的光电流调制过程,通过光电导的测量,我们发现光电流的调制并不仅仅是来源于光生载流子浓度的增大,一系列的初步实验结果为光场调制效应的深入研究提供了重要的实验依据。
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