Spin dynamics and spatially resolved spin transport phenomena in GaAs based structures

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	5 February 2014
Referee:	Prof. Dr. Christian Schüller
Date of exam:	18 December 2013
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Lupton > Group Christian Schüller
Keywords:	spin dynamics, spin transport, spin dephasing, spin diffusion, High mobility two-dimensional electron systems, GaAs/AlGaAs, GaMnAs, Hanle MOKE
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	29461

Abstract (English)

For the development of new spintronics applications, substantial knowledge about the mechanisms which control the basic characteristics of a spin orientation in a material is necessary. Besides the task to create a spin polarization in a material, it is important to know how long a spin orientation exists until it relaxes to thermal equilibrium and which dephasing mechanisms are responsible for ...

Abstract (English)

For the development of new spintronics applications, substantial knowledge about the mechanisms which control the basic characteristics of a spin orientation in a material is necessary. Besides the task to create a spin polarization in a material, it is important to know how long a spin orientation exists until it relaxes to thermal equilibrium and which dephasing mechanisms are responsible for the decay. From the understanding of the spin dephasing mechanisms, the dependence of the spin lifetime on external parameters is deduced. Another crucial topic is to comprehend in which ways spin information can be transported in certain materials. This work addresses these topics by investigating two systems based on GaAs. The first system is a bulk n GaAs sample, in which a p+ (Ga, Mn) As/ n- GaAs Esaki Zener diode structure is used to inject a spin polarization. The second part of this dissertation studies spin dynamics and spin transport phenomena in high-mobility two-dimensional electron systems embedded in GaAs/AlGaAs quantum wells. The fact that GaAs is a direct semiconductor makes optical methods predestined tools to investigate the spin dynamics and the spin transport phenomena. The main technique employed in this work is the Hanle-MOKE method, in which the spin polarization in a sample is probed by the magneto-optic Kerr effect (MOKE). Furthermore, photoluminescence (PL) and spin-resolved PL measurements are conducted.

Translation of the abstract (German)

Für die Entwicklung neuer Spintronikanwendungen ist ein umfangreiches Verständnis der Mechanismen, welche die grundlegenden Eigenschaften einer Spinorientierung kontrollieren, notwendig. Neben der Erfordernis eine Spinorientierung in einem Material zu erzeugen, ist Kenntnis über die Dauer des Bestehens einer Spinorientierung, und aufgrund welcher Mechanismen diese relaxiert, essentiell. Eine ...

Translation of the abstract (German)

Für die Entwicklung neuer Spintronikanwendungen ist ein umfangreiches Verständnis der Mechanismen, welche die grundlegenden Eigenschaften einer Spinorientierung kontrollieren, notwendig. Neben der Erfordernis eine Spinorientierung in einem Material zu erzeugen, ist Kenntnis über die Dauer des Bestehens einer Spinorientierung, und aufgrund welcher Mechanismen diese relaxiert, essentiell. Eine weitere wichtige Aufgabe ist zu verstehen, auf welchem Wege die Spininformation in bestimten Materialien transportiert werden kann. Diese Themen werden hier in zwei auf GaAs basierten Systemen untersucht. Zuerst wurde eine n-GaAs Bulk Probe betrachtet, in der eine p+ (Ga, Mn) As/ n- GaAs Esaki Zenerdiodenstruktur zur Spininjektion benutzt wird. Im zweiten Teil der Dissertation wurden die Spindynamik und der Spintransport in hochbeweglichen zweidimensionalen Elektronensystemen, eingebettet in GaAs/ AlGaAs Heterostrukturen, untersucht. Die Nutzung optischer Methoden zur Untersuchung von Spindynamik- und Spintransportphänomenen ist hierbei prädestiniert, da GaAs ein direkter Halbleiter ist. In dieser Arbeit wurde hauptsächlich die Hanle-MOKE Methode angewendet, bei der die Spinpolarisation über den magneto-optischen Kerr-Effekt (MOKE) detektiert wird. Zusätzlich kamen Photolumineszenz- und spinaufgelöste Photolumineszenzmessungen zum Einsatz.

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