半导体中的光诱导自旋取向及其自旋电子学应用

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半导体中的光诱导自旋取向及其自旋电子学应用

半导体由于自旋与其他自由度之间具有有趣的耦合效应，是研究磁现象的有利平台。它们还与当前成功的技术兼容，例如互补金属氧化物半导体，这使人们当前的技术时代成为可能。

通常，这些材料中感兴趣的载流子是电子，因为它们往往是可移动和可调谐的。电子的两个基本固有性质是电荷和自旋，它们分别受到电场和磁场的影响。因此，提供了两种不同的方法来与这个粒子相互作用。操纵电子的电荷是电子学的基础，而自旋电子学旨在通过自旋控制系统中的电子。自旋控制的标准方法涉及铁磁性材料，它可以通过电流在磁性状态之间切换，外部域，或者两者兼而有之。尽管永久磁铁是shou选，因为它们可以集成到当前的半导体技术中，但它们通常是静态的，速度很慢。另一方面，材料中自旋的全光控制，通过偏振依赖的光学选择规则实现，为快速、无损和无磁铁控制自旋信息提供了机会。

光诱导自旋取向(OISO)是自旋注入的关键因素，已在低维III-V和II-VI半导体中用于自旋电子应用。这些材料开创了自旋输运、自旋记忆和自旋相干性。对于有效地传输、存储和操作自旋信息来说，这三个属性是必不可少的。

尽管像砷化镓这样的半导体材料有许多应用，并且可以制造成低维平台，但它们确实有局限性。这表现为制造中的限制。例如，晶格匹配对异质结构施加了限制，因为具有非常不同晶体结构的材料在组合时不能很好地耦合。传统的半导体也倾向于形成三维结构，使得不配对的键更容易存在于表面。这些悬空键不仅使这些系统中的表面物理更加难以控制，而且使这些材料的薄膜变成准二维(2D)结构。幸运的是，在过去的二十年里，一种新的材料出现了，它具有真正的二维性质和光学定向自旋的能力。

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