Захарченя Б.П., Майер Ф., Оптическая ориентация

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 3

СПИНОВАЯ РЕЛАКСАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ

ПРИ ОПТИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Г. Έ. Пикус, А. Н. Титков

1. Введение

Метод оптической ориентации дает возможность измерять весьма малые

значения времен спиновой релаксации — до 10

-12

с, недоступные при исследо-

вании обычными радиоспектроскопическими методами. С другой стороны, в ус-

ловиях оптической накачки проявляются новые механизмы спиновой релакса-

ции, не сказывающиеся в обычных условиях исследования ЭПР. К их числу

относится механизм, предложенный Дьяконовым и Перелем [1, 2] (механизм

ДП), обусловленный спиновым расщеплением зоны проводимости в кристаллах

без центра инверсии. Особенностью экспериментов по оптической ориентации

является то, что в них, как правило, изучается ориентация неосновных носи-

телей — обычно электронов, при этом для обеспечения достаточно интенсивной

люминесценции используются материалы с большой концентрацией основных

носителей — дырок. В этих условиях становится существенным механизм ре-

лаксации, связанный с обменным взаимодействием электронов и дырок. Этот

механизм был предложен Биром, Ароновым и Пикусом [3] (механизм БАП).

Наряду с этим в условиях оптической ориентации в некоторых случаях может

играть роль и механизм Эллиота—Яфета (механизм ЭЯ) [4, 5], обычно про-

являющийся при исследовании ЭПР на свободных носителях. В основе этого

механизма лежит возможность переворота спина при рассеянии носителей на

примесях или колебаниях решетки в результате смешивания состояний с разной

ориентацией спина вследствие спин-орбитального взаимодействия. В опреде-

ленных условиях в полупроводниках может иметь место заметное поглощение

рекомбинационного излучения с образованием новой пары. Этот процесс пере-

излучения также приводит к уменьшению поляризации вторичного излучения

и поэтому может рассматриваться как механизм спиновой релаксации.

В разделе 2 настоящего обзора мы изложим теорию указанных механизмов

спиновой релаксации и, в частности, рассмотрим влияние на нее одноосных

деформаций и магнитного поля. Для того чтобы рассмотреть эти механизмы еди-

ным образом, мы ограничились одним классом кристаллов — прямозонными

кубическими полупроводниками со структурой цинковой обманки, имея в виду,

что основные эксперименты по оптической ориентации свободных носителей

выполнены на кристаллах А

, относящихся к этому классу. В разделе 3

мы проанализируем имеющиеся экспериментальные данные по зависимости

времен спиновой релаксации в разных материалах от температуры и концентра-

ции примесей, а также данные о влиянии внешних деформаций и магнитного

поля. Из сопоставления этих данных с теорией мы установим области преобла-

дания того или иного механизма спиновой релаксации.

В настоящем обзоре мы не будем рассматривать специфические механизмы

деполяризации, проявляющиеся при оптической ориентации и выстраивании

свободных и связанных экситонов. Эти вопросы подробно рассмотрены в обзоре

Пикуса и Ивченко [6]. Мы также не рассматриваем механизмы спиновой релак-

сации электронов, связанных на примесях.