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[001]晶向AlAs量子阱中整数与分数量子霍尔效应区的核自旋动力学

DOI：10.1016/j.ssc.2019.01.007 期刊：Solid State Communications 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 利用电子自旋共振（ESR）技术，在整数和分数量子霍尔效应状态下研究了16纳米[001]晶向AlAs/AlGaAs量子阱中二维电子系统邻近区域核自旋的弛豫行为。通过测量不同电子系统填充因子附近奥弗豪瑟位移的时间衰减，获得了核自旋-晶格弛豫时间τ的数值。结果显示τ随填充因子的变化呈现非线性特征：在1.5K温度下，当精确填充因子ν=1时τ达到最大值，且随ν改变而减小；但该峰值在系统冷却至0.5K时消失。当温度为0.5K时形成了填充因子2/3的分数量子霍尔效应态，该态的形成伴随着核自旋弛豫的减缓。这一现象表明二维电子在2/3态时其自旋激发谱的能量间隙得到了增强。
作者： A.V. Shchepetilnikov，D.D. Frolov，Yu.A. Nefyodov，L.V. Kulik，I.V. Kukushkin，L. Tiemann，C. Reichl，W. Dietsche，W. Wegscheider
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用电子自旋共振研究16纳米[001]晶向AlAs量子阱在整数与分数量子霍尔效应状态下核自旋的弛豫过程。

研究成果

核自旋-晶格弛豫时间τ对填充因子表现出非平凡的依赖性，在1.5K时于ν=1处达到最大值，该峰值在0.5K时消失。ν=2/3分数量子霍尔效应态的形成延缓了核自旋弛豫，表明自旋激发谱中能隙增大。这凸显了量子霍尔体系中电子自旋与核自旋间的复杂相互作用，需进一步研究以阐明其内在机制。

研究不足

AlAs量子阱中的超精细相互作用比基于GaAs的异质结构更弱，从而限制了可实现的奥弗豪瑟位移。动态核极化过程中电子自旋共振谱线分裂的起源尚不明确，这表明需要进一步的理论和实验研究。该研究受限于特定温度条件（0.5K和1.5K）及磁场条件，可能影响其普适性。

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