А. Ф. Зиновьева, А. В. Двуреченский, Н. П. Стёпина, А. С. Дерябин, А. И. Никифоров, R. Rubinger, N. A. Sobolev, J. P. Leitao, M. C. Carmo

Проведены исследования электронных состояний в структурах с Ge/Si квантовыми точками (КТ) методом ЭПР. Локализация электронов вблизи КТ реализована в квантовых ямах, формирующихся за счет сложения упругих напряжений в Si, окружающем Ge КТ, в многослойных структурах с когерентными КТ. Главные значения полученного аксиально-симметричного g-тензора совпадают со значениями g-тензора для электронов в Si, g-фактор имеет анизотропную угловую зависимость, соответствующую симметрии одиночной долины зоны проводимости Si, что подтверждает локализацию электронов в напряженных областях Si вблизи Ge КТ. Зафиксирована анизотропия ширины линии ЭПР-сигнала. В магнитном поле, направленном вдоль оси роста структуры наблюдается наиболее узкая линия с шириной ~0.8 Гс. В магнитном поле, лежащем в плоскости роста структуры (001), ширина линии возрастает приблизительно в 4 раза (рис.1). Данный эффект может быть объяснен анизотропией процессов спиновой релаксации, связанной с существованием эффективного магнитного поля Бычкова-Рашба, возникающего вследствие структурной асимметрии Ge квантовой точки. До сих пор подобный эффект наблюдался только для двумерных (2D) асимметричных структур и связан с прецессионным механизмом спиновой релаксации при движении носителя в двумерном слое. В случае системы с КТ эффективное магнитное поле возникает при туннелировании носителей между квантовыми точками. В процессе туннелирования спин электрона поворачивается на малый угол, что приводит к перевороту спина после достаточного количества прыжков между КТ. Перенос заряда осуществляется преимущественно между близко расположенными КТ с сильной туннельной связью.

Рис. В центре рисунка дано схематическое изображение Ge квантовой точки (КТ) в Si с локализованным электроном вблизи вершины КТ. На двух верхних панелях представлены ЭПР-спектры локализованных электронов в зависимости от направления магнитного поля.

Поскольку расположение КТ в плоскости носит случайный характер, то при каждом прыжке направление туннелирования меняется, что приводит к изменению направления эффективного магнитного поля. Частота прыжков между КТ может рассматриваться как характерная частота флуктуаций эффективного магнитного поля. Из анализа угловой зависимости ширины ЭПР-линии была получена характерная частота флуктуаций 1/τ_с=3×10¹¹с^-1. Данное значение и время поперечной спиновой релаксации T₂=10^-7c, полученное из ширины ЭПР-линии, позволили оценить величину эффективного магнитного поля H_BR≈30 Гс. Полученное значение очень близко к величине поля Бычкова-Рашбы в 2D Si/Ge структурах, что говорит о возможной близости констант Бычкова-Рашбы для 2D структур и для структур с КТ.