Generazione ottica e detezione di correnti di spin in quantum well Ge/SiGe e in Ge(111) sotto sforzo

By employing the spin optical orientation and the inverse spin Hall effect (ISHE) it is possible to generate and detect currents of spin-polarised carriers within a semiconductor. These are therefore efficient tools to study the main features of spin transport in a material, such as the diffusion length or the spin relaxation time, both quantities of interest for potential spintronic applications. These methods are used here to investigate spin trasport dynamics within reduced-symmetry semiconductors, in particular Ge/SiGe MQW structures and a Ge(111) sample undergoing uniaxial tensile strain through four-point bending. Transitions in the quantum wells were characterised by means of transmission and photoreflectance measurements and compared to the values obtained from an ab initio model. In light of Spicer's photoemission model, it was possible to estimate the spin diffusion length in some samples from ISHE masurements. Photoreflectance and ISHE data on the strained sample were expected to show a splitting between the Γ-degenerate heavy-hole and light-hole states; however this effect was not observed, the minimum required strain having not been reached: therefore its experimental reproduction is still a goal to achieve.

Sfruttando l'orientazione ottica dello spin e l'effetto di spin-Hall inverso (ISHE) è possibile generare e rivelare correnti di portatori spin-polarizzati all'interno di un semiconduttore. Ciò rende questi fenomeni degli efficienti strumenti per lo studio delle principali caratteristiche del trasporto di spin in un materiale, come la lunghezza di diffusione o il tempo di rilassamento, entrambe grandezze di interesse per le potenziali applicazioni in spintronica. Questi metodi sono qui utilizzati per indagare le dinamiche di trasporto di spin all'interno di semiconduttori a simmetria ridotta, in particolare alcune strutture MQW Ge/SiGe e un campione di Ge(111) sottoposto a sforzo tensile uniassiale tramite flessione su quattro punti. Le transizioni delle quantum well sono state caratterizzate con misure in trasmissione e di fotoriflettanza e confrontate con i valori ottenuti da un modello ab initio. Dalle misure di ISHE poi è stato possibile per alcuni campioni stimare la lunghezza di diffusione dello spin alla luce del modello di Spicer della fotoemissione. Nel campione sotto sforzo, invece, i dati di fotoriflettanza e di ISHE avrebbero dovuto mostrare una separazione degli stati heavy-hole e light-hole degeneri in Γ; tuttavia, non essendo stata raggiunta la deformazione minima necessaria, questo fenomeno non è stato evidenziato: la sua riproduzione sperimentale rimane perciò un obiettivo ancora da raggiungere.