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内容介绍

《半导体中的自旋物理学》介绍了半导体自旋物理学当前研究全貌，共13章，每章都是由从事该方向研究多年、长期处于研究前沿的专家撰写。在概述了半导体物理学和自旋物理学的基本知识之后，《半导体中的自旋物理学》重点介绍了当前研究的热点和重要成果，在实验技术和实验测量方面的描述更为详尽。 《半导体中的自旋物理学》可供对半导体自旋物理学感兴趣的研究生和初次涉足这一领域的研究人员使用，对该领域的一线研究人员也极具参考价值。

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精彩书摘

利用时间分辨技术，在脉冲激发下测量瞬态荧光的强度和偏振度，就可以直接给出光生载流子的自旋演化过程。时间分辨的泵浦探测方法是，先用脉冲光进行激发，然后用一束微弱的、时间延迟的探测脉冲来测量泵浦光诱导产生的透射率的变化（这就是时间分辨法拉第效应）或者反射率的变化（克尔效应）。这些测量在下述意义上是非直接性的：信号取决于光学常数所受到的一些非线性调制。幸运的是，在量子阱中的所有非线性机制里，最重要的是“相空间填充”：由于泡利原理，导带或者价带中光生载流子占据的状态将不再能够对光学跃迁起作用，所以，这个技术就对光生的载流子非常敏感。在一些实验中，进行两次独立的测量，一次使用与泵浦光圆偏振性一致的探测光，另一次使用具有相反偏振特性的探测光。一种更灵敏的技术使用线偏振的探测光，此时，偏振面的旋转就给出了泵浦诱导出来的载流子的差别。 解释这些实验所得到的信号是非常微妙的，在文献中通常是一带而过。带间激发可以产生激子或者是自由运动的电子和空穴，它们的贡献依赖于许多因素，如温度、激发能量以及样品性质（本征的、n型的或者p型的）等。在2.5.1节中，我们讨论本征量子阱中激子和自由载流子之间的相互影响。 图2.1给出一个例子来揭示这种微妙性：此时研究的是一个简并的n型量子阱。图中给出了吸收谱（PLE）和发射谱（PL），插图给出了能带结构示意图，箭头标出了荧光峰的位置，以及PLE谱开始的位置，二者之间的差异（斯托克斯位移）取决于费米海的深度Ef。利用低强度的、在PLE起始处的（如图2.1中箭头）、圆偏振光激发的泵浦一探测测量，可以给出光生电子和空穴的相空间填充效应。费米能级附近的电子的自旋演化将占据主导地位，因为空穴将很快地热弛豫到布里渊区中心，位于填充了的电子费米海的“大伞”之下，腾空了起初被占据的价带态。时间分辨或者连续光荧光谱测量，涉及PLE起始处（及以上）的极化激发并探测了荧光谱最大值附近的荧光。

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中文版前言 前言 第1章半导体和自旋物理的基础知识 1.1 历史背景 1.2 自旋相互作用 1.2.1 泡利原理 1.2.2 交换相互作用 1.2.3 自旋轨道相互作用 1.2.4 与原子核自旋的超精细相互作用 1.2.5 磁相互作用 1.3 半导体物理学基础 1.3.1 晶体中的电子能谱 1.3.2 电子和空穴的有效质量 1.3.3 有效质量近似 1.3.4 杂质的作用 1.3.5 激子 1.3.6 价带的结构，轻空穴和重空穴 1.3.7 GaAs的能带结构 1.3.8 光生载流子以及荧光 1.3.9 光学跃迁中的角动量守恒 1.3.10 低维半导体结构 1.4 半导体中的自旋物理学：概览 1.4.1 光学自旋取向与探测 1.4.2 自旋弛豫 1.4.3 Hanle效应 1.4.4 自旋流和电流的相互转化 1.4.5 电子与原子核系统之间的相互作用 1.5 本书内容概览 参考文献 第2章量子阱中自由载流子的自旋动力学 2.1 导论 2.2 自旋动力学的光学测量 2.3 自由电子的自旋弛豫机制 2.4 体材料半导体中的自旋弛豫 2.5 [001]取向量子阱中的电子自旋弛豫 2.5.1 对称的[001]取向的量子阱 2.5.2 [001]取向量子阱中的结构反演不对称性 2.5.3 量子阱中的自然界面不对称性 2.5.4 二维电子气中的振荡自旋动力学 2.6 体材料和量子阱中自由空穴的自旋动力学 2.7 量子阱中自旋动力学的设计和控制 2.8 结论 参考文献 第3章半导体量子阱中的激子自旋动力学 3.1 二维激子的精细结构 3.1.1 短程电子空穴交换相互作用 3.1.2 电子空穴的长程交换相互作用 3.2 量子阱中激子自旋的光学取向 3.3 量子阱中的激子自旋动力学 3.3.1 量子阱中的激子形成 3.3.2 激子中空穴的自旋弛豫 3.3.3 激子中电子的自旋弛豫 3.3.4 激子自旋弛豫机制 3.4 量子阱中的激子交换能和g因子 3.4.1 用连续光磁荧光谱来测量激子的交换能和g因子 3.4.2 激子的自旋拍 3.5 II类量子阱中的激子自旋动力学 3.6 高密度激子系统中的自旋动力学 参考文献 第4章半导体量子点中的激子自旋动力学 4.1 导论 4.2 量子点中的电子空穴复合体 4.2.1 对单粒子图像的库仑修正 4.2.2 中性激子的精细结构 4.3 无外加磁场时中性量子点中的激子自旋动力学 4.3.1 共振激发下的激子自旋动力学 4.3.2 激子自旋的量子拍：各向异性的交换相互作用的影响 4.4 有外磁场时中性量子点中的激子自旋动力学 4.4.1 单量子点光谱中塞曼效应与各向异性相互作用导致的劈裂之间的竞争 4.4.2 外磁场下激子自旋的量子拍 4.5 荷电激子复合体：无磁场时的激子自旋动力学 4.5.1 荷电激子的形成：掺杂结构和电荷可调结构 4.5.2 X+和X-激子的精细结构和偏振 4.5.3 带负电的激子复合体xn-的自旋动力学 4.5.4 束缚电子的自旋记忆 4.6 带电荷的激子复合体：外磁场中的自旋动力学 4.6.1 纵向磁场中带正电激子的电子自旋极化 4.6.2 垂直磁场中带正电的激子的电子自旋相干性 4.7 结论 参考文献 第5章时间自旋分辨动力学和自旋噪声谱 5.1 导论 5.2 时间分辨和偏振分辨的光致荧光谱 5.2.1 实验技术 5.2.2 实验例证I：（110）量子阱中的自旋弛豫 5.2.3 实验例证II：半导体中耦合的电子和空穴自旋的相干动力学 5.2.4 光致荧光和自旋-光电器件 5.3 时间分辨法拉第／克尔旋转 5.3.1 实验装置 5.3.2 实验例证：自旋放大 5.4 自旋噪声谱 5.5 n-GaAs中的自旋噪声测量 5.6 结论 参考文献 第6章载流子的相干自旋动力学 6.1 导论 6.1.1 自旋相干性和自旋退相位时间 6.1.2 用光学方法产生自旋相干的载流子 6.1.3 实验技术 6.2 量子阱中的自旋相干性 6.2.1 电子自旋相干性 6.2.2 空穴自旋相干性 6.3 带有单个电荷的量子点中的自旋相干性 6.3.1 用法拉第旋转来探测激子和电子的自旋拍频 6.3.2 电子自旋相干性的产生 6.3.3 量子点系综中自旋相干性的模式锁定 6.3.4 原子核诱导的自旋相干性的频率汇集 6.4 结论 参考文献 第7章硅中受限电子的自旋性质 7.1 导论 7.2 硅量子阱中的自旋轨道效应 7.3 Si／SiGe量子阱中导带电子的白旋弛豫 7.3.1 导带电子的自旋弛豫机制 7.3.2 Si／SiGe中二维电子气的线宽和纵向弛豫时间 7.3.3 退相位和纵向自旋弛豫 7.3.4 与实验的比较 7.4 电流诱导的自旋一轨道场 7.5 交流电流引起的电子自旋共振 7.5.1 电偶极矩的自旋激发和磁偶极矩的自旋激发 7.5.2 二维Si／SiGe结构中的电子自旋共振信号的强度——实验结果 7.5.3 电子自旋共振的电流诱导激发和探测的模型 7.5.4 功率吸收和线型 7.6 平面束缚下的自旋弛豫 7.6.1 浅施主杂质 7.6.2 从二维电子气到量子点 7.6.3 硅量子点中的自旋弛豫和退相位 7.7 结论 参考文献 第8章自旋霍尔效应 8.1 背景：分子气体中的磁输运 8.2 唯象理论：具有反演对称性的情形 8.2.1 基本知识 8.2.2 自旋流和电流的耦合 8.2.3 唯象方程 …… 第9章自旋光电流效应 第10章自旋注入 第11章动态原子核极化与原子核场 第12章量子霍尔效应区内的原子核自旋与电子自旋的相互作用 第13章稀磁性半导体的基本物理学和光学性质 译后记 《半导体科学与技术丛书》已出版书目

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