[发明专利]一种区分光致反常霍尔效应本征机制和非本征机制的方法

说明书

本发明涉及一种区分光致反常霍尔效应本征机制和非本征机制的方法，按照如下步骤实现：选择符合预设条件的闪锌矿半导体量子阱材料；在相同的生长条件下生长两个不同阱宽的半导体量子阱；分别测量两个半导体量子阱的光致反常霍尔效应电流以及普通光电流信号，得到光致反常霍尔电导对普通光电导信号的比值；分别测量两个半导体量子阱的光致电流效应电流，并对应将分别由Rashba以及Dresselhaus自旋轨道耦合引起的光致电流效应电流分离出来；根据测得的光致反常霍尔电导、普通光电导以及光致电流效应电流列方程，并求解出本征和非本征机制对光致反常霍尔效应电流的贡献。本发明结构设计简单，易于操作，有利于日后推广应用。

技术领域

本发明涉及半导体自旋电子学领域，具体涉及一种区分光致反常霍尔效应本征机制和非本征机制的方法。

背景技术

电子有两种属性，一种是自旋属性，另一种是电荷属性。由于操作电子自旋要比操作电荷所需要的能量小得多，因此以自旋作为信息载体的自旋电子学引起了人们的广泛关注。自旋轨道耦合提供了一种通过电场来产生和操纵自旋的方法。自旋轨道耦合有两种不同的来源，一种是由体反演不对称性(bulk inversion asymmetry，BIA)引起的Dresselhaus自旋轨道耦合，另一种是由结构反演不对称(structureinversionasymmetry，SIA)引起的Rashba自旋轨道耦合。光致反常霍尔效应提供了一种利用半导体的自旋轨道耦合来实现半导体自旋电子器件的方法。与自旋霍尔效应相似，光致反常霍尔效应也有两种机制，即本征机制和非本征机制。非本征机制是由杂质的非对称Mott-skew散射或side-jump散射引起，本征机制是由体系的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合引起的散射，只与体系的能带结构有关。对于一个给定的体系，通常本征机制和非本征机制都会对光致反常霍尔效应有贡献，而且这两种机制的贡献较难区分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种区分光致反常霍尔效应本征机制和非本征机制的方法，能够简便快捷且有效的区分光致反常霍尔效应本征机制和非本征机制。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种区分光致反常霍尔效应本征机制和非本征机制的方法，包括以下步骤：

步骤S1：选择符合预设条件的闪锌矿半导体量子阱材料；

步骤S2：在相同的生长条件下生长两个不同阱宽的闪锌矿半导体量子阱，即第一半导体量子阱以及第二半导体量子阱；

步骤S3：分别测量所述第一半导体量子阱以及所述第二半导体量子阱的光致反常霍尔效应电流以及普通光电流信号，并对应得到两个半导体量子阱的光致反常霍尔电导对普通光电导信号的比值；

步骤S4：分别测量所述第一半导体量子阱以及所述第二半导体量子阱的光致电流效应电流，并对应将分别由Rashba以及Dresselhaus自旋轨道耦合引起的光致电流效应电流分离出来；

步骤S5：根据测得的光致反常霍尔电导、普通光电导以及光致电流效应电流列方程，并求解出本征和非本征机制对光致反常霍尔效应电流的贡献。

在本发明一实施例中，所述步骤S1中所述预设条件为：半导体量子阱材料为闪锌矿结构，且为单晶，半导体量子阱材料的阱宽为1纳米到20纳米。

在本发明一实施例中，所述步骤S3还包括以下步骤：

步骤S31：将被测半导体量子阱沿[110]和[110]晶向解理成4×4mm²的方块，在[110]晶向上沉积两个圆形的铟电极，电极大小为直径1mm的圆形电极，电极间距为3mm，即第一圆形电极以及第二圆形电极；在[110]晶向沉积两个大小为0.5×3mm²的条形电极，即第一条形电极以及第二条形电极，电极间距为3mm；