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电阻式核磁共振测量的最新进展

刘洪武 杨凯锋 T. D. Mishima M. B. Santos K. Nagase Y. Hirayama

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电阻式核磁共振测量的最新进展

刘洪武, 杨凯锋, T. D. Mishima, M. B. Santos, K. Nagase, Y. Hirayama

Resistively detected nuclear magnetic resonance: recent developments

Liu Hong-Wu, Yang Kai-Feng, Tetsuya D. Mishima, Michael B. Santos, Katsumi Nagase, Yoshiro Hirayama
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  • 电阻式核磁共振(RDNMR)测量是1988年由德国马普所的von Klitzing研究小组针对GaAs二维电子气中少量核自旋的探测而提出的一种具有超高灵敏度的实验技术. 目前, RDNMR已经成为研究单层或双层GaAs二维电子气核自旋和电子自旋特性的重要手段. 由于为实现电阻式核磁共振测量所建立的动态核极化方法强烈依赖于GaAs特有的材料属性, 至今这一技术一直没有扩展应用到其他半导体低维系统中. 最近,本研究小组发展了一种动态核极化新方法,成功实现了对典型窄带半导体锑化铟(InSb) 二维电子气的电阻式核磁共振测量.本文在介绍电阻式核磁共振测量工作原理及已建立的典型动态核极化方法的基础上,着重讨论所提出的动态核极化新方法的机理、 实验结果以及对今后研究的展望.
    The resistively detected nuclear magnetic resonance (RDNMR), a high-sensitivity NMR technique developed by Klaus von Klitzing's group in 1988, is used to investigate exotic electron and nuclear spin properties in GaAs two-dimensional electron gases (2DEGs). Because the dynamic nuclear polarization (DNP) approach required for the RDNMR demonstration is strongly dependent on unique material properties of GaAs, this highly-sensitive technique has not yet been applied to 2DEGs confined in other host semiconductors. More recently, we have developed a novel DNP method for demonstration of RDNMR in a 2DEG within the typical narrow-gap semiconductor InSb. In this article, we focus on the discussion of our newly-developed DNP method, experimental details and results as well as future prospects after some preliminary remarks on the principles of RDNMR and DNP.
    [1]

    Dobers M, von Klitzing K, Schneider J, Weimann G, Ploog K 1988 Phys. Rev. Lett. 61 1650

    [2]

    Kronm黮ler S, Dietsche W, von Klitzing K, Denninger G, Wegscheider W, Bichler M 1999 Phys. Rev. Lett. 82 4070

    [3]

    Hashimoto K, Muraki K, Saku T, Hirayama Y 2002 Phys. Rev. Lett. 88 176601

    [4]

    Smet J H, Deutschmann R A, Ertl F, Wegscheider W Absteiter G, von Klitzing K 2002 Nature 415 281

    [5]

    Stern O, Freytag N, Fay A, Dietsche W, Smet J H, von Klitzing K, Schuh D, Wegscheider W 2004 Phys. Rev. B 70 075318

    [6]

    Yusa G, Muraki K, Takashina K, Hashimoto K, Hirayama Y 2005 Nature 434 1001

    [7]

    Kumada N, Muraki K, Hirayama Y 2006 Science 313 329

    [8]

    Tracy L A, Eisenstein J P, Pfeiffer L N, West K W 2007 Phys. Rev. Lett. 98 086801

    [9]

    Takahashi H, Kawamura M, Masubuchi S, Hamaya K, Machida T, Hashimoto Y, Katsumoto S 2007 Appl. Phys. Lett. 91 092120

    [10]

    Kumada N, Muraki K, Hirayama Y 2007 Phys. Rev. Lett. 99 076805

    [11]

    Liu H W, Yang K F, Mishima T D, Santos M B, Hirayama Y 2010 Phys. Rev. B 82 241304 (R)

    [12]

    Yang K F, Liu H W, Nagase K, Mishima T D, Santos M B, Hirayama Y 2011 Appl. Phys. Lett. 98 142109

    [13]

    Yang K F, Liu H W, Mishima T D, Santos M B, Nagase K, Hirayama Y 2011 New J. Phys. 13 083010

    [14]

    Desrat W, Maude D K, Potemski M, Portal J C, Wasilewski Z R, Hill G 2002 Phys. Rev. Lett. 88 256807

    [15]

    Flinn G P, Harley R T, Snelling M J, Tropper A C, Kerr T M 1994 Semicond. Sci. Tech. 5 533

    [16]

    Salis G, Fuchs D T, Kikkawa J M, Awschalom D D, Ohno Y, Ohno H 2001 Phys. Rev. Lett. 86 2677

    [17]

    Kondo Y, Ono M, Matsuzaka S, Morita K, Sanada H, Ohno Y, Ohno H 2008 Phys. Rev. Lett. 101 207601

    [18]

    Halperin B I, Lee P A, Read N 1993 Phys. Rev. B 47 7312

    [19]

    Verdene B, Martin J, Gamez G, Smet J, von Klitzing K, Mahalu D, Schuh D, Abstreiter G, Yacoby A 2007 Nat. Phys. 3 392

    [20]

    Yoshioka D 2002 The Quantum Hall Effect (Berlin Heidelberg: Springer-Verlag) p29

    [21]

    Kawmura M, Takahashi H, Sugihara K, Masubuchi S, Hamaya K, Machida T 2007 Appl. Phys. Lett. 90 022102

    [22]

    Clark W G, Feher G 1963 Phys. Rev. Lett. 10 134

    [23]

    Dzhioev R I, Korenev V L 2007 Phys. Rev. Lett. 99 037401

    [24]

    Cote R, MacDonald A H, Brey L, Fertig H A, Girvin S M, Stoof H T C 1997 Phys. Rev. Lett. 78 4825

    [25]

    Gauss N, Jansen A G M, Wyder P 2004 J. Supercond. 17 653

    [26]

    De Poortere E P, Tutuc E, Pillarisetty R, Melinte S, Shayegan M 2003 Physica E 20 123

    [27]

    De Poortere E P, Tutuc E, Papadakis S J, Shayegan M 2000 Science 290 1546

    [28]

    Vakili K, Shkolnikov Y P, Tutuc E, Bishop N C, de Poortere E P, Shayegan M 2005 Phys. Rev. Lett. 94 176402

    [29]

    Yakunin M V, Podgornykh S M, Mikhailov N N, Dvoretsky S A 2010 Physica E 42 948

    [30]

    Jaroszynski J, Andrearczyk T, Karczewski G, Wrobel J, Wojtowicz T, Papis E, Kaminska E, Piotrowska A, Popvic D, Dietl T 2002 Phys. Rev. Lett 89 266802

  • [1]

    Dobers M, von Klitzing K, Schneider J, Weimann G, Ploog K 1988 Phys. Rev. Lett. 61 1650

    [2]

    Kronm黮ler S, Dietsche W, von Klitzing K, Denninger G, Wegscheider W, Bichler M 1999 Phys. Rev. Lett. 82 4070

    [3]

    Hashimoto K, Muraki K, Saku T, Hirayama Y 2002 Phys. Rev. Lett. 88 176601

    [4]

    Smet J H, Deutschmann R A, Ertl F, Wegscheider W Absteiter G, von Klitzing K 2002 Nature 415 281

    [5]

    Stern O, Freytag N, Fay A, Dietsche W, Smet J H, von Klitzing K, Schuh D, Wegscheider W 2004 Phys. Rev. B 70 075318

    [6]

    Yusa G, Muraki K, Takashina K, Hashimoto K, Hirayama Y 2005 Nature 434 1001

    [7]

    Kumada N, Muraki K, Hirayama Y 2006 Science 313 329

    [8]

    Tracy L A, Eisenstein J P, Pfeiffer L N, West K W 2007 Phys. Rev. Lett. 98 086801

    [9]

    Takahashi H, Kawamura M, Masubuchi S, Hamaya K, Machida T, Hashimoto Y, Katsumoto S 2007 Appl. Phys. Lett. 91 092120

    [10]

    Kumada N, Muraki K, Hirayama Y 2007 Phys. Rev. Lett. 99 076805

    [11]

    Liu H W, Yang K F, Mishima T D, Santos M B, Hirayama Y 2010 Phys. Rev. B 82 241304 (R)

    [12]

    Yang K F, Liu H W, Nagase K, Mishima T D, Santos M B, Hirayama Y 2011 Appl. Phys. Lett. 98 142109

    [13]

    Yang K F, Liu H W, Mishima T D, Santos M B, Nagase K, Hirayama Y 2011 New J. Phys. 13 083010

    [14]

    Desrat W, Maude D K, Potemski M, Portal J C, Wasilewski Z R, Hill G 2002 Phys. Rev. Lett. 88 256807

    [15]

    Flinn G P, Harley R T, Snelling M J, Tropper A C, Kerr T M 1994 Semicond. Sci. Tech. 5 533

    [16]

    Salis G, Fuchs D T, Kikkawa J M, Awschalom D D, Ohno Y, Ohno H 2001 Phys. Rev. Lett. 86 2677

    [17]

    Kondo Y, Ono M, Matsuzaka S, Morita K, Sanada H, Ohno Y, Ohno H 2008 Phys. Rev. Lett. 101 207601

    [18]

    Halperin B I, Lee P A, Read N 1993 Phys. Rev. B 47 7312

    [19]

    Verdene B, Martin J, Gamez G, Smet J, von Klitzing K, Mahalu D, Schuh D, Abstreiter G, Yacoby A 2007 Nat. Phys. 3 392

    [20]

    Yoshioka D 2002 The Quantum Hall Effect (Berlin Heidelberg: Springer-Verlag) p29

    [21]

    Kawmura M, Takahashi H, Sugihara K, Masubuchi S, Hamaya K, Machida T 2007 Appl. Phys. Lett. 90 022102

    [22]

    Clark W G, Feher G 1963 Phys. Rev. Lett. 10 134

    [23]

    Dzhioev R I, Korenev V L 2007 Phys. Rev. Lett. 99 037401

    [24]

    Cote R, MacDonald A H, Brey L, Fertig H A, Girvin S M, Stoof H T C 1997 Phys. Rev. Lett. 78 4825

    [25]

    Gauss N, Jansen A G M, Wyder P 2004 J. Supercond. 17 653

    [26]

    De Poortere E P, Tutuc E, Pillarisetty R, Melinte S, Shayegan M 2003 Physica E 20 123

    [27]

    De Poortere E P, Tutuc E, Papadakis S J, Shayegan M 2000 Science 290 1546

    [28]

    Vakili K, Shkolnikov Y P, Tutuc E, Bishop N C, de Poortere E P, Shayegan M 2005 Phys. Rev. Lett. 94 176402

    [29]

    Yakunin M V, Podgornykh S M, Mikhailov N N, Dvoretsky S A 2010 Physica E 42 948

    [30]

    Jaroszynski J, Andrearczyk T, Karczewski G, Wrobel J, Wojtowicz T, Papis E, Kaminska E, Piotrowska A, Popvic D, Dietl T 2002 Phys. Rev. Lett 89 266802

  • [1] 樊晓筝, 李怡莲, 吴怡, 陈俊彩, 徐国亮, 安义鹏. 二维磁性半导体笼目晶格Nb3Cl8单层的磁性及自旋电子输运性质. 物理学报, 2023, 72(24): 247503. doi: 10.7498/aps.72.20231163
    [2] 胡倩颖, 许杨. 二维半导体材料中激子对介电屏蔽效应的探测及其应用. 物理学报, 2022, 71(12): 127102. doi: 10.7498/aps.71.20220054
    [3] 黄玉昊, 张贵涛, 王如倩, 陈乾, 王金兰. 二维双金属铁磁半导体CrMoI6的电子结构与稳定性. 物理学报, 2021, 70(20): 207301. doi: 10.7498/aps.70.20210949
    [4] 马嵩松, 舒天宇, 朱家旗, 李锴, 吴惠桢. Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展. 物理学报, 2019, 68(16): 166801. doi: 10.7498/aps.68.20191074
    [5] 李卫胜, 周健, 王瀚宸, 汪树贤, 于志浩, 黎松林, 施毅, 王欣然. 二维半导体过渡金属硫化物的逻辑集成器件. 物理学报, 2017, 66(21): 218503. doi: 10.7498/aps.66.218503
    [6] 李睿. 准一维半导体量子点中电偶极自旋共振的物理机理. 物理学报, 2015, 64(16): 167303. doi: 10.7498/aps.64.167303
    [7] 王海艳, 赵国忠, 王新强. 不同抽运光强激发窄带隙半导体产生太赫兹辐射的研究. 物理学报, 2011, 60(4): 043202. doi: 10.7498/aps.60.043202
    [8] 任韧, 徐进, 任大男. 半导体核磁共振显微压力的质子全自旋量子门的实现. 物理学报, 2010, 59(11): 8155-8159. doi: 10.7498/aps.59.8155
    [9] 张希仁, 李斌成, 刘显明. 调制自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的三维理论. 物理学报, 2008, 57(11): 7310-7316. doi: 10.7498/aps.57.7310
    [10] 王叶安, 秦福文, 吴东江, 吴爱民, 徐 茵, 顾 彪. 基于电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积技术生长GaMnN稀磁半导体的研究. 物理学报, 2008, 57(1): 508-513. doi: 10.7498/aps.57.508
    [11] 朱 博, 桂永胜, 周文政, 商丽燕, 仇志军, 郭少令, 张福甲, 褚君浩. 窄禁带稀磁半导体二维电子气的磁阻振荡研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2955-2960. doi: 10.7498/aps.55.2955
    [12] 朱 博, 桂永胜, 仇志军, 周文政, 姚 炜, 郭少令, 褚君浩, 张福甲. 窄禁带稀磁半导体二维电子气的拍频振荡. 物理学报, 2006, 55(2): 786-790. doi: 10.7498/aps.55.786
    [13] 李统藏, 刘之景, 王克逸. 自旋极化电子从铁磁金属注入半导体时自旋极化的计算. 物理学报, 2003, 52(11): 2912-2917. doi: 10.7498/aps.52.2912
    [14] 姚胜根, 陈钧, 黄永仁. 核磁共振一维同类核相关编辑. 物理学报, 1988, 37(2): 229-238. doi: 10.7498/aps.37.229
    [15] 陈存礼. 测量半导体材料电阻率的四探针公式的普遍形式. 物理学报, 1985, 34(11): 1509-1515. doi: 10.7498/aps.34.1509
    [16] 王刚, 李子荣, 陈立泉, 王连忠. 非晶态离子导体Li2B2O4的核磁共振研究. 物理学报, 1983, 32(8): 1104-1108. doi: 10.7498/aps.32.1104
    [17] 王刚, 李子荣, 陈立泉, 赵宗源. 离子导体LiCl(Al2O3)的核磁共振研究. 物理学报, 1981, 30(12): 1569-1575. doi: 10.7498/aps.30.1569
    [18] 宿昌厚. 用四探针技术测量半导体薄层电阻的新方案. 物理学报, 1979, 28(6): 759-772. doi: 10.7498/aps.28.759
    [19] 陈玉连, 霍裕平. n型简单半导体跳跃式导电的磁阻. 物理学报, 1964, 20(12): 1286-1288. doi: 10.7498/aps.20.1286
    [20] 宿昌厚. 用四探针法测量矩形半导体电阻率时的修正函数. 物理学报, 1963, 19(6): 370-383. doi: 10.7498/aps.19.370
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-07
  • 修回日期:  2011-12-30
  • 刊出日期:  2012-07-05

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