RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2021

 / 

Сентябрь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Теория оптически детектируемых спиновых флуктуаций в наносистемах

†  а, б, ‡  в, §  а
а Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация
б Исследовательская Лаборатория оптики спина имени И.Н. Уральцева, Санкт-Петербургский государственный университет, ул. Ульяновская 1, Санкт-Петербург, 198504, Российская Федерация
в Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Воробьевы горы, Москва, 119991, Российская Федерация

Представлен обзор работ в области теории спиновых флуктуаций в низкоразмерных структурах и объёмных полупроводниках. Детектирование спинового шума обычно проводится оптическими методами при помощи непрерывного измерения угла поворота плоскости поляризации зондирующего луча, проходящего через образец. Спектры спиновых флуктуаций содержат богатую информацию о спиновых свойствах изучаемой системы, таких как g-факторы носителей заряда, времена спиновой релаксации, параметры сверхтонкого взаимодействия, константы спин-орбитального взаимодействия, частоты оптических резонансов и их ширины. Изложены основные модели спиновых флуктуаций и подходы к расчёту спиновых шумов, дано описание ряда экспериментов, обсуждается связь с квантовыми сильными и слабыми измерениями, с комбинационным рассеянием света с переворотом спина, а также анализируются схожие эффекты, в частности, проявления флуктуаций тока, заряда и долинной поляризации в оптическом отклике. Обозначены возможные направления дальнейшего развития спектроскопии спинового шума.

Текст pdf (1,6 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.10.038861
Ключевые слова: спиновые флуктуации, спиновые корреляционные функции, наносистемы, квантовые точки, нанопроволоки, квантовые ямы, спиновый эффект Фарадея, сверхтонкое взаимодействие, обменное взаимодействие, спин-орбитальное взаимодействие
PACS: 72.70.+m, 78.67.−n (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.10.038861
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2021/9/c/
000722209600003
2-s2.0-85120789703
2021PhyU...64..923S
Цитата: Смирнов Д С, Манцевич В Н, Глазов М М "Теория оптически детектируемых спиновых флуктуаций в наносистемах" УФН 191 973–998 (2021)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 6 июля 2020, 25 октября 2020

English citation: Smirnov D S, Mantsevich V N, Glazov M M “Theory of optically detected spin noise in nanosystems” Phys. Usp. 64 923–946 (2021); DOI: 10.3367/UFNe.2020.10.038861

Список литературы (200) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (18) Похожие статьи (20)

  1. Glazov M M Electron and Nuclear Spin Dynamics in Semiconductor Nanostructures (New York: Oxford Univ. Press, 2018)
  2. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Статистическая физика Т. 1 (М.: Физматлит, 2005); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Statistical Physics (Oxford: Pergamon Press, 1980)
  3. Лифшиц Е М, Питаевский Л П Физическая кинетика (М.: Физматлит, 2007); Пер. на англ. яз., Lifshitz E M, Pitaevskii L P Physical Kinetics (Oxford: Pergamon Press, 1981)
  4. Александров Е Б, Запасский В С ЖЭТФ 81 132 (1981); Aleksandrov E B, Zapasskii V S Sov. Phys. JETP 54 64 (1981)
  5. Sørensen J L, Hald J, Polzik E S Phys. Rev. Lett. 80 3487 (1998)
  6. Mitsui T Phys. Rev. Lett. 84 5292 (2000)
  7. Crooker S A et al Nature 431 49 (2004)
  8. Oestreich M et al Phys. Rev. Lett. 95 216603 (2005)
  9. Crooker S A, Cheng L, Smith D L Phys. Rev. B 79 035208 (2009)
  10. Römer M et al Phys. Rev. B 81 075216 (2010)
  11. Müller G M et al Phys. Rev. Lett. 101 206601 (2008)
  12. Crooker S A et al Phys. Rev. Lett. 104 036601 (2010)
  13. Li Y et al Phys. Rev. Lett. 108 186603 (2012)
  14. Dahbashi R et al Phys. Rev. Lett. 112 156601 (2014)
  15. Dyakonov M I (Ed.) Spin Physics in Semiconductors (Cham: Springer Intern. Publ., 2017)
  16. Aleksandrov E B, Zapasskii V S J. Phys. Conf. Ser. 324 012002 (2011)
  17. Müller G M et al Physica E 43 569 (2010)
  18. Zapasskii V S Adv. Opt. Photon. 5 131 (2013)
  19. Hübner J et al Phys. Status Solidi B 251 1824 (2014)
  20. Sinitsyn N A, Pershin Yu V Rep. Prog. Phys. 79 106501 (2016)
  21. Sleator T et al Phys. Rev. Lett. 55 1742 (1985)
  22. Reim W et al Phys. Rev. Lett. 57 905 (1986)
  23. Manassen Y et al Phys. Rev. Lett. 62 2531 (1989)
  24. Durkan C, Welland M E Appl. Phys. Lett. 80 458 (2002)
  25. Rugar D et al Nature 430 329 (2004)
  26. Degen C L et al Phys. Rev. Lett. 99 250601 (2007)
  27. Lax M Rev. Mod. Phys. 32 25 (1960)
  28. Lax M Rev. Mod. Phys. 38 541 (1966)
  29. Gantsevich S V, Gurevich V L, Katilius R Riv. Nuovo Cimento 2 1 (1979)
  30. Glazov M M, Ivchenko E L Phys. Rev. B 86 115308 (2012)
  31. Glazov M M J. Appl. Phys. 113 136503 (2013)
  32. Smirnov D S, Glazov M M Phys. Rev. B 90 085303 (2014)
  33. Глазов М М ЖЭТФ 149 547 (2016); Glazov M M J. Exp. Theor. Phys. 122 472 (2016)
  34. Onsager L Phys. Rev. 37 405 (1931)
  35. Горбовитский П М, Перель В И Оптика и спектр. 54 388 (1983); Gorbovitskii P M, Perel' V I Opt. Spectrosc. 54 229 (1983)
  36. Glazov M M, Zapasskii V S Opt. Express 23 11713 (2015)
  37. Cronenberger S, Scalbert D Rev. Sci. Instrum. 87 093111 (2016)
  38. Abragam A The Principles of Nuclear Magnetism (Oxford: Clarendon Press, 1961); Пер. на русск. яз., Абрагам А Ядерный магнетизм (М.: Рипол Классик, 2013)
  39. Gaudin M J. Phys. France 37 1087 (1976)
  40. Yang W, Ma W-L, Liu R-B Rep. Prog. Phys. 80 016001 (2017)
  41. Merkulov I A, Efros Al L, Rosen M Phys. Rev. B 65 205309 (2002)
  42. Ivchenko E L Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures (Harrow: Alpha Science, 2005)
  43. Urbaszek B et al Rev. Mod. Phys. 85 79 (2013)
  44. Bortz M, Stolze J J. Stat. Mech. 6 P06018 (2007)
  45. Козлов Г Г ЖЭТФ 132 918 (2007); Kozlov G G J. Exp. Theor. Phys. 105 803 (2007)
  46. Shumilin A V, Smirnov D S Phys. Rev. Lett. 126 216804 (2021)
  47. Glasenapp Ph et al Phys. Rev. B 93 205429 (2016)
  48. Hackmann J, Anders F B Phys. Rev. B 89 045317 (2014)
  49. Hackmann J et al Phys. Rev. Lett. 115 207401 (2015)
  50. Hackmann J et al Phys. Status Solidi B 251 1270 (2014)
  51. Braun M, König J Phys. Rev. B 75 085310 (2007)
  52. Yue Z, Raikh M E Phys. Rev. B 91 155301 (2015)
  53. Poshakinskiy A V, Tarasenko S A Phys. Rev. B 101 075403 (2020)
  54. Glasenapp P et al Phys. Rev. Lett. 113 156601 (2014)
  55. Horn H et al Phys. Rev. B 87 045312 (2013)
  56. Kopteva N E et al Phys. Rev. B 100 205415 (2019)
  57. Fröhling N, Anders F B, Glazov M Phys. Rev. B 97 195311 (2018)
  58. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика (нерелятивистская теория ) (М.: Физматлит, 2004); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics. Non-Relativistic Theory (Oxford: Pergamon Press, 1977)
  59. Dzhioev R I et al Phys. Rev. Lett. 88 256801 (2002)
  60. Dzhioev R I et al Phys. Rev. B 66 245204 (2002)
  61. Смирнов Д С, Глазов М М, Ивченко Е Л ФТТ 56 254 (2014); Smirnov D S, Glazov M M, Ivchenko E L Phys. Solid State 56 254 (2014)
  62. Kavokin K V Semicond. Sci. Technol. 23 114009 (2008)
  63. Cronenberger S et al arXiv:1910.11805
  64. Glazov M M Phys. Rev. B 91 195301 (2015)
  65. Berski F et al Phys. Rev. Lett. 115 176601 (2015)
  66. Mantsevich V N, Smirnov D S Phys. Rev. B 100 075409 (2019)
  67. Ono K et al Science 297 1313 (2002)
  68. Johnson A C et al Phys. Rev. B 72 165308 (2005)
  69. Shumilin A V, Kabanov V V Phys. Rev. B 92 014206 (2015)
  70. Parameswaran S A, Vasseur R Rep. Prog. Phys. 81 082501 (2018)
  71. Abanin D A et al Rev. Mod. Phys. 91 021001 (2019)
  72. Лифшиц И М УФН 83 617 (1964); Lifshitz I M Sov. Phys. Usp. 7 549 (1965)
  73. Шкловский Б И, Эфрос А Л Электронные свойства легированных полупроводников (М.: Наука, 1979); Пер. на англ. яз., Shklovskii B I, Efros A L Electronic Properties of Doped Semiconductors (Berlin: Springer-Verlag, 1984)
  74. Shumilin A V J. Phys. Condens. Matter 28 395301 (2016)
  75. Коган Ш М, Шульман А Я ЖЭТФ 56 862 (1969); Kogan Sh M, Shul'man A Ya Sov. Phys. JETP 29 467 (1969)
  76. Kogan Sh Electronic Noise and Fluctuations in Solids (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2008)
  77. Ивченко Е Л ФТП 7 1489 (1973); Ivchenko E L Sov. Phys. Semicond. 7 998 (1973)
  78. Gangloff D A et al Science 364 62 (2019)
  79. Smirnov D S Phys. Rev. B 91 205301 (2015)
  80. Greilich A et al Science 317 1896 (2007)
  81. Glazov M M, Yugova I A, Efros Al L Phys. Rev. B 85 041303 (2012)
  82. Jäschke N, Anders F B, Glazov M M Phys. Rev. B 98 045307 (2018)
  83. Poltavtsev S V et al Phys. Rev. B 89 081304 (2014)
  84. Smirnov D S et al Phys. Rev. B 95 241408 (2017)
  85. Astakhov G V et al Semicond. Sci. Technol. 23 114001 (2008)
  86. Kavokin A et al Microcavities (Ser. on Semiconductor Science and Technology, No. 16) (Oxford: Oxford Univ. Press, 2011)
  87. Халфин Л А ЖЭТФ 33 1371 (1957); KhalfL A Sov. Phys. JETP 6 1053 (1958)
  88. Facchi P, Pascazio S J. Phys. A 41 493001 (2008)
  89. Leppenen N V, Lanco L, Smirnov D S Phys. Rev. B 103 045413 (2021)
  90. Misra B, Sudarshan E C G J. Math. Phys. 18 756 (1977)
  91. Liu R-B et al New J. Phys. 12 013018 (2010)
  92. Bednorz A, Belzig W, Nitzan A New J. Phys. 14 013009 (2012)
  93. Arnold C et al Nat. Commun. 6 6236 (2015)
  94. Smirnov D S et al Phys. Rev. B 96 165308 (2017)
  95. Skalyo J (Jr.) et al Phys. Rev. B 2 4632 (1970)
  96. Dingle R, Lines M E, Holt S L Phys. Rev. 187 643 (1969)
  97. Birgeneau R J et al Phys. Rev. Lett. 26 718 (1971)
  98. Hutchings M T et al Phys. Rev. B 5 1999 (1972)
  99. Jordan P, Wigner E Z. Phys. 47 631 (1928)
  100. Niemeijer Th Physica 36 377 (1967)
  101. Katsura S, Horiguchi T, Suzuki M Physica 46 67 (1970)
  102. Sur A, Jasnow D, Lowe I J Phys. Rev. B 12 3845 (1975)
  103. Brandt U, Jacoby K Z. Phys. B 25 181 (1976)
  104. Capel H W, Perk J H H Physica A 87 211 (1977)
  105. Florencio J (Jr.), Lee M H Phys. Rev. B 35 1835 (1987)
  106. Luther A, Peschel I Phys. Rev. B 12 3908 (1975)
  107. Fogedby H C J. Phys. C 11 4767 (1978)
  108. Böhm M et al Phys. Rev. B 49 15669 (1994)
  109. Лифшиц И М, Гредескул С А, Пастур Л А Введение в теорию неупорядоченных систем (М.: Наука, 1982); Пер. на англ. яз., Lifshits I M, Gredeskul S A, Pastur L A Introduction to the Theory of Disordered Systems (New York: Wiley, 1988)
  110. Halperin B I Phys. Rev. 104 (1965)
  111. Березинский В Л, Горьков Л П ЖЭТФ 77 2498 (1979); Berezinskii V L, Gor'kov L P Sov. Phys. JETP 50 1209 (1979)
  112. Березинский В Л, Горьков Л П ЖЭТФ 78 812 (1980); Berezinskii V L, Gor'kov L P Sov. Phys. JETP 51 409 (1980)
  113. Березинский В Л ЖЭТФ 65 1251 (1973); Berezinskii V L Sov. Phys. JETP 38 0 (1973)
  114. Гоголин А А ЖЭТФ 71 1912 (1976); Gogolin A A Sov. Phys. JETP 44 1003 (1976)
  115. Гоголин А А, Мельников В И, Рашба Э И ЖЭТФ 69 327 (1975); Gogolin A A, Mel'nikov V I, Rashba E I Sov. Phys. JETP 42 168 (1975)
  116. Žnidarič M, Prosen T, Prelovšek P Phys. Rev. B 77 064426 (2008)
  117. Pal A, Huse D A Phys. Rev. B 82 174411 (2010)
  118. Throckmorton R E, Das Sarma S Phys. Rev. B 103 165431 (2021)
  119. Shumilin A V, Sherman E Ya, Glazov M M Phys. Rev. B 94 125305 (2016)
  120. Dresselhaus G Phys. Rev. 100 580 (1955)
  121. Рашба Э И, Шека В И ФТТ 1 162 (1959)
  122. Bychkov Yu A, Rashba E I J. Phys. C 17 6039 (1984)
  123. Дьяконов М И, Качоровский В Ю ФТП 20 178 (1986); D'yakonov M I, Kachorovskii V Yu Sov. Phys. Semicond. 20 110 (1986)
  124. Averkiev N S, Golub L E Phys. Rev. B 60 15582 (1999)
  125. Ganichev D D, Golub L E Phys. Status Solidi B 251 1801 (2014)
  126. Глазов М М, Ивченко Е Л Письма в ЖЭТФ 75 476 (2002); Glazov M M, Ivchenko E L JETP Lett. 75 403 (2002)
  127. Leyland W J H et al Phys. Rev. B 75 165309 (2007)
  128. Гриднев В Н Письма в ЖЭТФ 74 417 (2001); Gridnev V N JETP Lett. 74 380 (2001)
  129. Brand A M et al Phys. Rev. Lett. 89 236601 (2002)
  130. Glazov M M Solid State Commun. 142 531 (2007)
  131. Griesbeck M et al Phys. Rev. B 80 241314 (2009)
  132. Гриднев В Н Письма в ЖЭТФ 76 583 (2002); Gridnev V N JETP Lett. 76 502 (2002)
  133. Schliemann J, Carlos Egues J, Loss D Phys. Rev. Lett. 90 146801 (2003)
  134. Bernevig B A, Orenstein J, Zhang S-C Phys. Rev. Lett. 97 236601 (2006)
  135. Koralek J D et al Nature 458 610 (2009)
  136. Poshakinskiy A V, Tarasenko S A Phys. Rev. B 92 045308 (2015)
  137. Passmann F et al Semicond. Sci. Technol. 34 093002 (2019)
  138. Glazov M M, Sherman E Ya, Dugaev V K Physica E 42 2157 (2010)
  139. Glazov M M, Sherman E Ya Phys. Rev. Lett. 107 156602 (2011)
  140. Li F et al Phys. Rev. Lett. 111 067201 (2013)
  141. Wilamowski Z et al Phys. Rev. Lett. 98 187203 (2007)
  142. Smirnov D S, Golub L E Phys. Rev. B 92 035437 (2015)
  143. Воробьев Л Е и др Кинетические и оптические явления в сильных электрических полях в полупроводниках и наноструктурах (Под общ. ред. В И Ильина, А Я Шика) (СПб.: Наука, 2000)
  144. Дьяконов М И, Перель В И ФТТ 13 3581 (1971); D'yakonov M I, Perel' V I Sov. Phys. Solid State 13 3023 (1972)
  145. Glazov M M et al Phys. Rev. B 88 041309 (2013)
  146. Glazov M M, Kavokin A V Phys. Rev. B 91 161307 (2015)
  147. Ryzhov I I et al Phys. Rev. B 93 241307 (2016)
  148. Ryzhov I I et al J. Appl. Phys. 117 224305 (2015)
  149. Kubo R J. Phys. Soc. Jpn. 17 1100 (1962)
  150. Mendel J M Proc. IEEE 79 278 (1991)
  151. Gardiner C W Stochastic Methods: a Handbook for the Natural and Social Sciences (Berlin: Springer, 2009)
  152. Clerk A A et al Rev. Mod. Phys. 82 1155 (2010)
  153. Kraus K States, Effects, and Operations: Fundamental Notions of Quantum Theory: Lectures in Mathematical Physics at the University of Texas at Austin (Lecture Notes in Physics) Vol. 190 (Eds A Böhm, J D Dollard, and W H Wootters) (Berlin: Springer-Verlag, 1983)
  154. Aharonov Y, Albert D Z, Vaidman L Phys. Rev. Lett. 60 1351 (1988)
  155. Bednorz A et al Phys. Rev. Lett. 110 250404 (2013)
  156. Starosielec S et al Rev. Sci. Instrum. 81 125101 (2010)
  157. Bechtold A et al Phys. Rev. Lett. 117 027402 (2016)
  158. Schad P et al Phys. Rev. B 90 205419 (2014)
  159. Schad P et al Ann. Physics 361 401 (2015)
  160. Li F et al New J. Phys. 15 113038 (2013)
  161. Fröhling N, Anders F B Phys. Rev. B 96 045441 (2017)
  162. Fröhling N, Jäschke N, Anders F B Phys. Rev. B 99 155305 (2019)
  163. Li F, Sinitsyn N A Phys. Rev. Lett. 116 026601 (2016)
  164. Bochkov G N, Kuzovlev Yu E Physica A 106 443 (1981)
  165. Sharipova M M et al J. Appl. Phys. 126 143901 (2019)
  166. Li F, Crooker S A, Sinitsyn N A Phys. Rev. A 93 033814 (2016)
  167. Fomin A A et al Phys. Rev. Res. 2 012008 (2020)
  168. Smirnov D S, Kavokin K V Phys. Rev. B 101 235416 (2020)
  169. Артемова Е С, Меркулов И А ФТТ 27 1558 (1985); Artemova E S, Merkulov I A Sov. Phys. Solid State 27 941 (1985)
  170. Giri R et al Phys. Rev. Lett. 111 087603 (2013)
  171. Cronenberger S et al Nat. Commun. 6 8121 (2015)
  172. Smirnov D S, Shumilin A V Phys. Rev. B 103 195440 (2021)
  173. Ryzhov I I et al Appl. Phys. Lett. 106 242405 (2015)
  174. Ryzhov I I et al Sci. Rep. 6 21062 (2016)
  175. Wiegand J et al Phys. Rev. B 97 081403 (2018)
  176. Wiegand J et al Phys. Rev. B 98 125426 (2018)
  177. Tse W-K et al Phys. Rev. Lett. 113 046602 (2014)
  178. Goryca M et al Sci. Adv. 4899 (2019)
  179. Ивченко Е Л, Пикус Г Е Письма в ЖЭТФ 27 640 (1978); Ivchenko E L, Pikus G E JETP Lett. 27 604 (1978)
  180. Baranova N B, Bogdanov Yu V, Zel'dovich B Ya Opt. Commun. 22 243 (1977)
  181. Воробьев Л Е и др Письма в ЖЭТФ 29 485 (1979); Vorob'ev L E et al JETP Lett. 29 441 (1979)
  182. Smirnov D S, Glazov M M Phys. Rev. B 95 045406 (2017)
  183. Ivchenko E L, Spivak B Phys. Rev. B 66 155404 (2002)
  184. Kotova L V et al Phys. Rev. B 94 165309 (2016)
  185. Nestoklon M O et al Phys. Rev. B 85 205307 (2012)
  186. Zapasskii V S et al Phys. Rev. Lett. 110 176601 (2013)
  187. Petrov M Yu et al Phys. Rev. A 97 032502 (2018)
  188. Römer M, Hübner J, Oestreich M Appl. Phys. Lett. 94 112105 (2009)
  189. Dellis A T, Loulakis M, Kominis I K Phys. Rev. A 90 032705 (2014)
  190. Roy D et al Sci. Rep. 5 9573 (2015)
  191. Kozlov G G, Zapasskii V S, Shapochkin P Yu Appl. Opt. 57 B170 (2018)
  192. Pershin Yu V et al Appl. Phys. Lett. 102 202405 (2013)
  193. Cronenberger S et al Phys. Rev. Lett. 123 017401 (2019)
  194. Kozlov G G, Ryzhov I I, Zapasskii V S Phys. Rev. A 95 043810 (2017)
  195. Petrov M Yu et al Phys. Rev. B 97 125202 (2018)
  196. Cronenberger S et al Phys. Rev. B 103 205208 (2021)
  197. Lucivero V G et al Phys. Rev. A 93 053802 (2016)
  198. Li B-B et al Optica 5 850 (2018)
  199. Fischer A et al Phys. Rev. B 102 165309 (2020)
  200. Hägele D, Sifft M, Schefczik F Phys. Rev. B 102 119901 (2020)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение