Lochspindynamik in p-dotierten GaAs-AlGaAs-Heterostrukturen:
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2012
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS I
1 EINLEITUNG UND MOTIVATION 1
1.1 LOCHSPINS - BAUSTEINE FUER QUANTENCOMPUTER 1
1.2 HISTORISCHE ENTWICKLUNG 3
1.3 GLIEDERUNG DER ARBEIT 4
2 MATERIAL, PROBENSTRUKTUR UND PRAEPARATION 7
2.1 MATERIALEIGENSCHAFTEN VON GAAS UND ALGAAS 7
2.1.1 KRISTALL-STRUKTUR 7
2.1.2 BANDSTRUKTUR 8
2.2 GAAS/ALGAAS-HETEROSTRUKTUREN 10
2.3 EXZITONISCHE EFFEKTE 12
2.4 HERSTELLUNG: MBE-WACHSTUM 13
2.5 VERWENDETE PROBEN 14
2.5.1 PROBENDATEN 14
2.5.2 AUFBAU DER EINSEITIG DOTIERTEN PROBEN 16
2.5.3 AUFBAU DER DOPPELSEITIG DOTIERTEN PROBE 17
2.6 PROBENPRAEPARATION 19
2.6.1 NASSCHEMISCHES DUENNEN 19
2.6.2 HERSTELLUNG DER PROBEN MIT GATE 20
3 SPIN IN HALBLEITERN 23
3.1 OPTISCHE ERZEUGUNG EINER SPINPOLARISATION 23
3.2 SPINDYNAMIK IN HALBLEITERN 25
3.2.1 ELEKTRON-G-FAKTOR 26
3.2.2 DER LOCH-G-FAKTOR 27
3.3 LOCHSPINDEPHASIERUNGSMECHANISMEN 29
3.3.1 LOCHSPINRELAXATION DURCH VALENZBANDMISCHUNG 29 3.3.2
D YAKONOV-PEREL-MECHANISMUS 30
3.3.3 ELLIOTT-YAFET-MECHANISMUS 31
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
3.3.4 BIR-ARONOV-PIKUS-MECHANISMUS 31
3.3.5 HYPERFEINWECHSELWIRKUNG 32
3.3.6 ENSEMBLEDEPHASIERUNG 33
EXPERIMENTELLE METHODEN 35
4.1 PHOTOLUMINESZENZ-SPEKTROSKOPIE 35
4.2 PHOTOLUMINESZENZ-ANREGUNGS-SPEKTROSKOPIE 36
4.3 ZEITAUFGELOESTE FARADAY- UND KERR-ROTATION 37
4.3.1 FARADAY- UND KERR-EFFEKT 37
4.3.2 MESSAUFBAU FUER ZEITAUFGELOESTE MESSUNGEN 38
4.3.3 RESONANT SPIN AMPLIFICATION 41
4.3.4 AUTOKORRELATION IN ZWEISTRAHLEXPERIMENTEN 42
4.4 LASERSYSTEME 43
4.4.1 TITAN-SAPHIR-LASER 43
4.4.2 DIODENGEPUMPTER FESTKOERPERLASER 44
PROBENCHARAKTERISIERUNG UND SIGNALENTSTEHUNG 45
5.1 PHOTOLUMINESZENZ-SPEKTROSKOPIE 46
5.1.1 OPTISCHE UEBERGAENGE IN DEN PROBEN 46
5.1.2 ORTSABHAENGIGKEIT DER PL-PEAKWELLENLAENGE 47
5.1.3 UEBERPRUEFUNG DER PROBE NACH DEM NASSCHEMISCHEM DUENNEN 48 5.2
PHOTOLUMINESZENZ-ANREGUNGS-SPEKTROSKOPIE 48
5.3 ENERGIEABHAENGIGER VORZEICHEN WECHSEL 50
5.3.1 SIGNALAMPLITUDE BEI RSA (LANGLEBIGE SPINDYNAMIK) . . . . 50 5.3.2
SIGNALAMPLITUDE IN TRKR (FS BIS PS-ZEITSKALA) 53
5.4 INITIALISIERUNG EINER RESIDENTEN LOCHSPINPOLARISATION 56
5.4.1 LOCHSPININITIALISIERUNG IN ANWESENHEIT EINES MAGNETFELDES 57 5.4.2
LOCHSPININITIALISIERUNG DURCH SCHNELLE DEPHASIERUNG . . . . 60 5.5
THEORETISCHE MODELLIERUNG 63
5.5.1 RATENGLEICHUNGSMODELL TRKR/FR UND RSA 63
5.5.2 ANALYTISCHE BESCHREIBUNG DER TRKR/FR-EXPERIMENTE . . 64 5.6
SCHNELLE DEPHASIERUNG NACH ANREGUNG 65
LANGLEBIGE LOCHSPINDYNAMIK 69
6.1 SPINLEBENSDAUER IN 2D LOCHSYSTEMEN 69
6.1.1 EINFLUSS DES MAGNETFELDS: ENSEMBLEDEPHASIERUNG 69 6.1.2 EINFLUSS
DER QUANTENTROGBREITE 71
6.1.3 ABHAENGIGKEIT VON DER TEMPERATUR 76
6.1.4 EINFLUSS DER ANREGUNGSDICHTE 78
6.1.5 EINFLUSS DER ANREGUNGSWEILENLAENGE 83
6.1.6 VERGLEICH SYMMETRISCHER UND ASYMM. [100]-QUANTENTROG . 85 6.1.7
WACHSTUMSRICHTUNG [311] VERSUS [100] 87
6.2 DER LOCH-G-FAKTOR IN [100]-2D HETEROSTRUKTUREN 88
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS III
6.2.1 IN-PLANE UND OUT-OF-PLANE G-FAKTOR 88
6.2.2 UNTERSUCHUNGEN ZUR IN-PLANE ISOTROPIE 89
6.2.3 ABHAENGIGKEIT DES G-FAKTORS VON DER TEMPERATUR 90
6.2.4 ABHAENGIGKEIT DES G-FAKTORS VON DER QUANTENTROGBREITE . . 92 6.2.5
EINFLUSS EINER GATESPANNUNG AUF G UND AG 93
6.3 DER LOCH-G-FAKTOR IN [311]-QUANTENTROEGEN 96
6.3.1 ORTSABHAENGIGE FLUKTUATIONEN DES G-FAKTORS 96
6.3.2 RICHTUNGSABHAENGIGE ANISOTROPIE DES G-FAKTORS 98
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 101
7.1 ZUSAMMENFASSUNG 101
7.2 AUSBLICK 102
A ANALYTISCHE BESCHREIBUNG 105
A.L INITIALISIERUNG 105
A.2 INSTANTANE, TEILWEISE RELAXATION 106
A.3 FREIE EVOLUTION 106
A.4 ERWEITERUNG AUF RSA-EXPERIMENTE 109
LISTE DER SYMBOLE UND ABKUERZUNGEN 111
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 112
TABELLENVERZEICHNIS 114
LITERATURVERZEICHNIS 115
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