우리는 n형 GaAs를 사용하여 수행된 횡방향 전자 집속 측정의 실험 결과를 제시합니다. 작은 횡방향 자기장(B⊥ ), 전자는 인젝터에서 검출기로 집중되어 B⊥에서 주기적인 포커싱 피크로 이어집니다. . 홀수 초점 피크가 분할을 나타내는 것을 보여줍니다. 여기서 각 하위 피크는 인젝터에서 나오는 특정 스핀 분기의 모집단을 나타냅니다. 온도 의존성은 피크 분할이 저온에서 잘 정의되는 반면 고온에서는 번져 인젝터의 교환 구동 스핀 분극이 저온에서 지배적임을 나타냅니다.
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배경
GaAs/AlGaAs 이종 구조의 계면에 형성된 2차원 전자 가스(2DEG)를 사용하여 구현된 준 1차원(1D) 시스템을 통한 전자 수송이 광범위하게 연구되었습니다. 1D 시스템은 전도도 양자화 [1–3]가 \(n\times \frac {2e^{2}}{h}\ 단위인 상호 작용하지 않는 양자 역학 시스템을 상상할 수 있는 뛰어난 플랫폼을 제공합니다. ), 여기서 n =1,2,3...은 서로 다른 1D 에너지 부분대역이지만 다물체 물리학을 탐구하는 장소이기도 합니다[4-9]. 최근, 초기 Wigner 결정화로 이어지는 저밀도 1D 시스템의 풍부한 위상에 대한 예측 및 실험적 시연으로 인해 다물체 1D 시스템의 물리학의 발전이 가속화되고 있습니다[6, 7, 10]. 또한, 다물체 1D 시스템의 프레임워크에서 0.7 컨덕턴스 이상 현상의 기원은 여전히 논쟁의 여지가 있습니다[11-15]. 0.7 이상은 두 가지 주요 특징이 있습니다. 첫째, 면내 자기장이 존재할 때 0.7 이상은 \(0.5\times \frac {2e^{2}}{h}\) 고원으로 진화하여 이를 나타냅니다. 스핀과 관련이 있습니다[4]. 둘째, 0.7 이상은 온도가 감소(증가)함에 따라 약화(강화)되는 것으로 밝혀졌다[4]. 이러한 놀라운 관찰은 0.7 이상과 관련된 고유 스핀 분극을 조사하기 위한 많은 이론적 및 실험적 시도로 이어졌습니다. 그러나 이 이상 현상의 기원에 대해서는 일치된 의견이 없습니다[11-15]. 따라서 0.7 이상에 대해 더 많은 빛을 비추기 위해서는 1D 채널 내에서 스핀 편광에 대한 직접 측정을 수행하는 것이 필수적입니다.
TEF(Transverse Electron Focusing) 기반 방식은 스핀 분극을 해결하기 위해 제안되었으며[16, 17] p형 GaAs[18, 19] 및 n형 InSb[20]에서 검증되었습니다. 이 방식 내에서 교환 상호 작용으로 인해 발생하는 스핀 분극은 첫 번째 포커싱 피크의 두 하위 피크의 비대칭에서 추출할 수 있습니다. 최근에 우리는 스핀이 공간적으로 분리된 1D 전자의 주입이 첫 번째 포커싱 피크에서 분할 형태로 감지될 수 있음을 보여주었습니다. 여기서 두 개의 하위 피크는 감지된 스핀 상태의 모집단을 나타냅니다[21]. 현재 작업에서 우리는 스핀 분할 첫 번째 포커싱 피크의 온도 의존성을 보고하고 두 스핀 종 사이에 존재하는 스핀 갭을 기반으로 결과를 분석합니다.
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메소드
현재 연구에서 연구된 장치는 GaAs/Al 0.33 계면에 형성된 고이동도 2차원 전자 가스(2DEG)로 제작되었습니다. 가0.67 헤테로 구조로. 1.5K에서 측정된 전자 밀도(이동도)는 1.80×10
11cm
−2
(2.17×10
6
cm
2
V
−1
s
−1
) 따라서 평균 자유 경로는 10 μ 이상입니다. m은 전자 전파 길이보다 훨씬 큽니다. 실험은 표준 잠금 기술을 사용하여 격자 온도가 20mK인 극저온 희석 냉장고에서 수행되었습니다. 온도 의존성 측정 범위는 20mK에서 1.8K까지였습니다.
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결과 및 토론
그림 1a는 삽입된 장치를 사용하여 얻은 일반적인 집속 스펙트럼과 함께 실험 설정을 보여줍니다. 집속 장치는 주입기와 검출기를 별도로 제어하여 둘 사이의 혼선 가능성을 방지할 수 있도록 특별히 설계되었습니다[21-23]. 인젝터 및 디텍터에 사용되는 양자선은 500nm의 폭(가는 방향)과 800nm의 길이(전류 흐름 방향)를 갖는다. 인젝터와 검출기 모두 그림 1b와 같이 잘 정의된 컨덕턴스 안정기를 보여줍니다. 장치에 대한 자세한 내용은 그림 1의 캡션에 나와 있습니다.