Electrical Initialization of Electron and Nuclear Spins in a Single Quantum Dot at Zero Magnetic Field

Autor: Xavier Marie, Mathieu Stoffel, Bernhard Urbaszek, Zhanguo Wang, Xiufeng Han, Xavier Devaux, Andrea Balocchi, Hélène Carrère, Pierre Renucci, Jean-Marie George, Yuan Lu, Delphine Lagarde, Stéphane Mangin, Abdelhak Djeffal, Shiheng Liang, Bo Xu, Bingshan Tao, Thierry Amand, Fabian Cadiz, Henri Jaffrès, Michel Hehn
Přispěvatelé: Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Chinese Academy of Sciences [Beijing] (CAS), Compiler Optimization and Run-time Systems (CORSE), Inria Grenoble - 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Rok vydání: 2018
Předmět:
FOS: Physical sciences
Bioengineering
02 engineering and technology
01 natural sciences
Spinled
Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall)
0103 physical sciences
electrical spin injection
General Materials Science
[PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]
[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics
010306 general physics
Spin (physics)
Hyperfine structure
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Circular polarization
spintronics
Physics
Condensed Matter - Materials Science
Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics
Condensed matter physics
Spin polarization
Spintronics
Mechanical Engineering
Materials Science (cond-mat.mtrl-sci)
General Chemistry
Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect
021001 nanoscience & nanotechnology
Condensed Matter Physics
Magnetic field
Quantum dot
[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]
Trion
0210 nano-technology
Zdroj: Nano Letters
Nano Letters, American Chemical Society, 2018, 18 (4), pp.2381-2386. ⟨10.1021/acs.nanolett.7b05351⟩
Nano Letters, 2018, 18 (4), pp.2381-2386. ⟨10.1021/acs.nanolett.7b05351⟩
ISSN: 1530-6992
1530-6984
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05351
Popis: The emission of circularly polarized light from a single quantum dot relies on the injection of carriers with well-defined spin polarization. Here we demonstrate single dot electroluminescence (EL) with a circular polarization degree up to 35% at zero applied magnetic field. The injection of spin polarized electrons is achieved by combining ultrathin CoFeB electrodes on top of a spin-LED device with p-type InGaAs quantum dots in the active region. We measure an Overhauser shift of several $\mu$eV at zero magnetic field for the positively charged exciton (trion X$^+$) EL emission, which changes sign as we reverse the injected electron spin orientation. This is a signature of dynamic polarization of the nuclear spins in the quantum dot induced by the hyperfine interaction with the electrically injected electron spin. This study paves the way for electrical control of nuclear spin polarization in a single quantum dot without any external magnetic field.
Comment: initial version, final version to appear in ACS Nano Letters
Databáze: OpenAIRE
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