Спиновые и фотогальванические эффекты в полупроводниковых гетероструктурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Учреждение Российской академии наук ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.Ф. ИОФФЕ

На правах рукописи ТАРАСЕНКО Сергей Анатольевич

СПИНОВЫЕ И ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ

Специальность:

□03459042

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург ^ ^ г, I- ^ " ^ .„О 2008

003459042

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН

Официальные оппоненты:

академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор Копаев Юрий Васильевич (ФИАН им. П.Н. Лебедева)

доктор физико-математических наук, профессор Зегря Георгий Георгиевич (ФТИ им. А.Ф. Иоффе)

доктор физико-математических наук, профессор Фирсов Дмитрий Анатольевич (СПбГПУ)

Ведущая организация: Институт физики полупроводников СО РАН

Защита состоится " 22 " января 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 002.205.02 при ФТИ им. А.Ф. Иоффе по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан даканья 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Физика полупроводниковых гетероструктур является в настоящее время наиболее актуальной и широко исследуемой областью физики полупроводников. Благодаря успехам технологии, прежде всего методов молекулярно-лучевой эпитаксии и литографии высокого разрешения, существует возможность формирования гетероструктур с заданными параметрами и свойствами, в том числе объектов наномасштаба (наноструктур). В наноструктурах движение свободных носителей заряда ограничено в одном или нескольких направлениях, что приводит к эффектам размерного квантования, кардинально изменяющим энергетические спектры носителей заряда, фононов и других квазичастиц. Важную роль в наноструктурах играют гетерограницы, поскольку в системах малого размера отношение площади поверхности к внутреннему объему структуры является большим. Наличие гетерограниц приводит к понижению пространственной симметрии наноструктур по сравнению с объемными материалами [1]. Это существенным образом отражается на оптических и транспортных свойствах, а также приводит к возникновению целого класса новых физических явлений, которые невозможны в объемных материалах.

В последнее время в физике полупроводниковых гетероструктур большой интерес вызывают спиновые явления. Значительные усилия сосредоточены на изучении характера спин-орбитального взаимодействия и спиновой динамики носителей заряда, разработке эффективных методов создания и детектирования спиновой ориентации электронов и дырок, а также на исследовании оптических и транспортных эффектов, обусловленных спин-орбитальным взаимодействием. Такое внимание связано как с фундаментальным интересом к физике спиновых явлений, самой по себе глубокой и многогранной, так и с перспективой использования спиновых эффектов в различных приложениях. Успехи в области оптической ориентации [2], инжекции поляризованных по спину носителей заряда из магнитных материалов в полупроводниковые структуры [3], управления спиновой поляризацией внешними воздействиями и изучения спиновых явлении в гетероструктурах

создают базу для разработки твердотельных электронных устройств, использующих дополнительную степень свободы — спин.

Спиновая динамика свободных носителей заряда определяется тонкой структурой их энергетического спектра, которая зависит от симметрии наноструктур и может управляться внешними электрическими и магнитными полями, деформацией и т.д., поэтому исследование симметрийных свойств низкоразмерных систем является в настоящее время актуальной задачей. Мощным инструментом харак-теризации полупроводниковых структур является фотогальваника [4, 5]. На микроскопическом уровне фотогальванические эффекты обусловлены асимметрией элементарных процессов поглощения света или последующей релаксации фотовозбужденных носителей. Поэтому исследование таких эффектов дает надежный инструмент для изучения симметрии гетероструктур, а также позволяет получать информацию о кинетических параметрах носителей заряда, таких как времена импульсной, энергетической и спиновой релаксации, характере спин-орбитального взаимодействия и механизмах рассеяния. Детальное исследование взаимодействия подвижных носителей заряда со светом стимулирует дальнейшее развитие приборов оптоэлектроники.

Целью работы является выявление и исследование новых микроскопических механизмов спиновой ориентации свободных носителей заряда, новых фотогальванических эффектов в полупроводниковых гетероструктурах.

Научная новизна и практическая значимость работы состоит в обнаружении и описании ряда новых физических явлений: спин-зависимого туннелирования, обусловленного спин-орбитальным расщеплением энергетического спектра, генерации чисто спиновых фототоков без переноса заряда, монополярной оптической ориентации электронного газа, оптической ориентации спинов свободных носителей линейно поляризованным светом, циркулярного эффекта увлечения электронов фотонами. Полученные результаты позволили разработать методы характеризации наноструктур.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Вероятность туннелирования электронов через потенциальные барьеры на основе нецентросимметричных полупроводников зависит от ориентации электронных спинов даже в отсутствие магнитного поля.

2. Туннелирование ориентированных по спину электронов через полупроводниковый барьер без центра инверсии сопровождается появлением электрического тока в плоскости интерфейсов. Направление тока определяется ориентацией электронных спинов относительно кристаллографических осей.

3. Поглощение линейно поляризованного света в полупроводниковых квантовых ямах вызывает спиновый ток, при котором носители заряда с противоположными спинами двигаются в противоположные стороны.

4. Внутризонное поглощение циркулярно поляризованного света в объемных полупроводниках и полупроводниковых квантовых ямах п-типа приводит к спиновой ориентации электронов.

5. Оптическая ориентация свободных носителей заряда в квантовых ямах со спин-орбитальным расщеплением подзон размерного квантования может быть осуществлена линейно поляризованным светом.

6. Фототок, возникающий в полупроводниковых квантовых ямах при возбуждении циркулярно поляризованным светом, содержит вклад, обусловленный одновременной передачей импульса и углового момента фотонов электронам (циркулярный эффект увлечения электронов фотонами).

7. Асимметрия процессов рассеяния свободных носителей заряда на фононах и статических дефектах в нецентросимметричных квантовых ямах во внешнем магнитном поле приводит к зависящей от поляризации света фотоэдс.

Апробация работы. Результаты исследований, вошедших в диссертацию, докладывались на 26 и 28 Международных конференциях по физике полупроводников (Эдинбург, Шотландия, 2002, Вена, Австрия, 2006), VI - VIII Российских конференциях по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 2003, Звенигород, 2005, Екатеринбург, 2007), 11 - 15 Международных симпозиумах "Наноструктуры: физика и технология" (Санкт-Петербург, 2003 - 2006, Новосибирск, 2007), 20 и 22 Международных конференциях Отделения физики твердого тела Европейского физического общества (Прага, Чехия, 2004, Рим, Италия, 2008), II - IV Международных конференциях по физике и приложениям спин-зависимых явлений в полупроводниках (Вюрцбург, Германия, 2002, Санта-Барбара, США, 2004, Сендай, Япония, 2006), II и III Международных конференциях по спиновым явлениям "Spintech" (Брюгге, Бельгия, 2003, Аваджи, Япония, 2005), Совещании "Нанофотоника" (Н. Новгород, 2004), Международных симпозиумах по основам электронных наносистем (Санкт-Петербург, 2006, 2008), Международном совещании по спиновым явлениям в низкоразмерных системах (Регенсбург, Германия, 2005), Совещании "Спин-зависимые явления в твердых телах и спинтроника" (Санкт-Петербург, 2006), Международной зимней школе по физике полупроводников (Зеленогорск, 2007), Украинской научной конференции по физике полупроводников (Одесса, Украина, 2007), 17 Международной конференции по электронным свойствам двумерных систем (Генуя, Италия, 2007), 9 Международной конференции по межподзонным переходам в квантовых ямах (Эмблсайд, Великобритания, 2007), Московском международном симпозиуме по магнетизму (Москва, 2008). Результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Института радиоэлектроники РАН, Института физики полупроводников СО РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, в университетах Регенсбурга, Вюрцбурга, Линца, Саутгемптона, Экзетера, научно-исследовательском центре Карлсруэ. Основное содержание диссертации опубликовано в 25 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, шести глав, Заключения, Приложения и списка литературы. Объем диссертации составляет 217 страницы, включая 29 рисунков и одну таблицу. Список литературы содержит 211 наименований.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и научная новизна работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена исследованию туннельного прохождения электронов через потенциальные барьеры, выращенные из полупроводниковых соединений без центра инверсии. Показано, что прозрачность таких структур зависит от ориентации электронных спинов даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Интерес к физике спин-зависимых туннельных явлений связан, в первую очередь, с исследованием инжекции ориентированных по спину носителей заряда в полупроводниковые структуры, обзор работ по этой теме представлен в § 1.1.

В § 1.2 рассмотрено туннелирование электронов через одиночный барьер, выращенный из полупроводника с решеткой цинковой обманки вдоль кристаллографического направления [001], и показано, что такой процесс является спин-зависимым. Микроскопическая природа данного эффекта связана с кубическим по волновому вектору к спин-орбитальным расщеплением электронных состояний в барьере, которое описывается гамильтонианом Дрессельхауза. Основной вклад в этот гамильтониан в случае, когда кинетическая энергия налетающих частиц гораздо меньше высоты барьера, определяется выражением

д2

Н0=ч{охкх-Оуку)-^ , (1)

где 7 — параметр, характеризующий силу спин-орбитального взаимодействия, да (а = х, у) — матрицы Паули, х || [100], у || [010], г || [001] — кубические оси кристалла. Выражение (1) содержит вторую производную по координате 2 и поэтому может

рассматриваться как спин-зависимая поправка к эффективной массе электронов вдоль оси роста структуры. Поскольку вероятность тун-нелирования частиц сквозь барьер определяется в том числе и их массой, такая поправка приводит к зависимости прозрачности барьера от направления электронных спинов.

Гамильтониан (1) диагонализуется спинорами, которые соответствуют частицам с противоположными спинами s+ и s_, туннелирующим через барьер с наибольшей и наименьшей вероятностью. Пространственные ориентации электронных спинов s+ и s_ зависят от направления волнового вектора и определяются выражением

s± = q=i(fcx/fc||, —ky/k\\, 0) , (2)

где fc|| = (кх,ку) — компонента волнового вектора в плоскости интерфейсов, которая сохраняется при баллистическом прохождении барьера. В частности, электронные спины в собственных состояниях s± ориентированы вдоль волнового вектора fey, если направлен по кубическим осям кристалла [100] или [010], и перпендикулярно волновому вектору если fcy || [110] или /сц || [110] (см. рис. 1).

Расчет показывает, что коэффициенты прохождения частиц со спинами s± через одиночный прямоугольный барьер имеют вид

( т*ки \ t± = г0ехр I ±7-^2— qobJ , (3)

где ¿о сх exp (—qob) — коэффициент прохождения, вычисленный без учета спин-орбитального взаимодействия, т.* — эффективная масса электронов, b — толщина барьера, qo — обратная длина затухания электронной волновой функции в барьере.

На рис. 1 сплошными линиями построены зависимости поляризационных эффективностей туннельных структур

1ы2+м2 Ч 7 ft2

от qob для барьеров, выращенных из различных полупроводниковых соединений. Значения констант 7 и эффективных масс т*, использованные в расчете, взяты из работ [1, 6]. Штриховой линией

^=i:+|a:ir3=tb к^оь), (4)

Рис. 1: Зависимость поляризационной эффективности от толщины барьера для туннельных структур на основе различных полупроводниковых соединений, fcy = 2 • 106cm-1. В правой части рисунка показаны зависимости ориентаций спинов s+ и s_ от направления волнового вектора /сц.

показана зависимость туннельной прозрачности структур |ío|2 от Результаты расчета свидетельствуют о том, что поляризационная эффективность может достигать нескольких процентов для разумных толщин барьеров. Таким образом, туннельные структуры могут найти применение в качестве спиновых фильтров (§ 1.3).

Эффект спин-зависимого туннелирования может быть использован и для детектирования спиновой ориентации носителей заряда, поскольку прохождение пучка поляризованных по спину частиц через туннельную структуру сопровождается появлением электрического тока в плоскости интерфейсов вблизи барьера (§ 1.4). Направление такого поверхностного тока определяется пространственной симметрией барьера и спиновой ориентацией электронов; в частности, ток меняет направление на противоположное при смене знака спиновой ориентации носителей.

Расчет показывает, что в случае спин-орбитального взаимодействия Дрессельхауза зависимость компонент поверхностного тока от

^l^J^NS, (6)

ориентации электронных спинов определяется выражениями

jx = -jSx/S , jy = j Sy/S , (5)

где S — средний спин налетающих частиц, j — величина поверхностного тока, которая для туннелирования электронов через одиночный прямоугольный барьер имеет вид

m*bq0

' 1ГЦ1/гУ

где е — заряд электрона, тр — время релаксации импульса носителей, (I/o) — среднее значение обратной кинетической энергии электронов, N — поток частиц через барьер. Оценка по формуле (6) дает j ~ 10~6 А/см для барьеров на основе соединения GaSb и j ~ Ю-7 А/см для барьеров GaAs с прозрачностью |i0|2 = Ю-5 и временем релаксации импульса в коллекторе тр = Ю-12 с при туннельном токе eN = 1 А/см2 и S = 0.1.

Эффекты спин-зависимого туннелирования наиболее ярко проявляются в структурах резонансных туннельных диодов (§ 1.5). В этом случае протекание тока из эмиттера в коллектор происходит главным образом через резонансные уровни, которые формируются в квантовой яме, ограниченной барьерами. Спин-орбитальное взаимодействие приводит к расщеплению резонансных уровней по спину при отличном от нуля волновом векторе в плоскости интерфейсов, что приводит к зависимости прозрачности двухбарьерной структуры от ориентации электронных спинов. Как и структуры с одиночными барьерами, резонансные туннельные диоды могут быть использованы для инжекции и детектирования поляризованных по спину носителей заряда. Преимуществом таких систем является возможность управления положением резонансных уровней внешним электрическим полем.

Недавно при исследовании туннельного магнитосопротивления в структуре Fe/GaAs/Au была обнаружена анизотропная зависимость сопротивления от намагниченности слоя Fe в плоскости интерфейсов [7]. Модельный расчет инжекции электронов из Fe в Au через полупроводниковый барьер GaAs с учетом эффекта спин-зависимого туннелирования, развитого в этой главе, позволил авторам объяснить наблюдаемую в эксперименте анизотропию.

Во второй главе продемонстрирована возможность оптической инжекции спиновых токов в полупроводниковые структуры. Показано, что поглощение линейно поляризованного и даже неполяризованного света в квантовых ямах может приводить к тому, что носители заряда с противоположными спинами двигаются преимущественно в противоположных направлениях, а полный электрический ток не возникает. Такие чисто спиновые токи приводят к пространственному разделению частиц с противоположными спинами и, в частности, к накоплению поляризованных по спину носителей вблизи краев образца.

Спиновый ток описывается псевдотензором второго ранга, компоненты которого ,]д отвечают потоку спинов, ориентированных вдоль оси а, в направлении (3\ здесь а и /3 — декартовы координаты. Явный вид зависимостей компонент спинового фототока от поляризации света может быть установлен с использованием теории представлений групп. Такое феноменологическое описание для полупроводниковых структур различной пространственной симметрии представлено в § 2.2.

В § 2.3 построена микроскопическая теория эффекта генерации спиновых фототоков для межзонных оптических переходов в квантовых ямах. Показано, что в этом спектральном диапазоне существуют два основных механизма данного эффекта, относительные вклады которых зависят от кристаллографической ориентации структуры, частоты и поляризации света. Наиболее наглядно эти механизмы можно пояснить на примере оптических переходов из подзоны тяжелых дырок кШ в электронную подзону е1 в квантовых ямах, выращенных вдоль [110]. Первый механизм связан с линейным по волновому вектору спин-орбитальным расщеплением подзон размерного квантования (рис. 2а). В структурах, выращенных вдоль г' || [110], эффективные гамильтонианы, описывающие состояния в зоне проводимости Г с и в валентной зоне Г«, содержат вклады ос оуА;х< и ос Jz'kx>, где — матрица 4x4, соответствующая моменту импульса 3/2, х' || [110] и у' || [001] — координаты в плоскости интерфейсов [1]. Такое взаимодействие приводит к расщеплению подзоны е1 на ветви с проекциями спина

(а)

'-1/2

-1/2 +1/2,

г е1

'+1/2

Л/?"/

О

кх.

Рис. 2: Микроскопические механизмы возникновения компоненты спинового тока J*, при межзонных оптических переходах под действием линейно поляризованного света в квантовых ямах, выращенных вдоль [110].

в= ±1/2 и дырочной подзоны НН1 на ветви ±3/2. При возбуждении линейно поляризованным светом разрешенные оптические переходы |+3/2) —> | + 1/2) и |—3/2) —> | —1/2} идут с одинаковой вероятностью [2]. Линейное по кхг расщепление подзон приводит к тому, что электроны с проекциями спина = ±1/2 рождаются с противоположными волновыми векторами кх< и двигаются в противоположные стороны, что соответствует чисто спиновому току.

Расчет показывает, что в условиях стационарного возбуждения рассмотренная выше компонента спинового тока в подзоне е\ имеет вид

^ ""2Й

(е1)

Тг'х'

+

т

1г'х' 1 Чсу 2

I Тш

(7)

где ге — время релаксации спинового тока, совпадающее со временем релаксации импульса в отсутствие электрон-электронного рассеяния, А4 = \\т*/{ть.ь.,\\ + т*) ~~ приведенная масса, т/^ц — масса

„ ' ' д. - (е1) (ЬЫ)

тяжелой дырки в плоскости интерфейсов, и — константы

спин-орбитального расщепления подзон, ?/си — доля светового потока, поглощаемая в квантовой яме, I и ш — интенсивность и частота света.

Другой механизм генерации чисто спиновых фототоков связан с линейными по волновому вектору слагаемыми в матричных элементах оптических переходов. Такие слагаемые появляются при учете кр подмешивания состояний удаленной зоны проводимости к волновым функциям валентной зоны и зоны проводимости в кристаллах без центра инверсии [8]. С учетом к р смешивания вероятности оптических переходов | + 3/2) —> | +1/2) и | - 3/2) | —1/2) различаются при к ф О даже в отсутствие спин-орбитального расщепления подзон, что проиллюстрировано на рис. 2Ь вертикальными линиями различной толщины. Такая спин-зависимая асимметрия фотовозбуждения приводит к спиновому току с компонентами

где (3 — параметр, зависящий от зонной структуры полупроводника, £ = (Тгш — Ед)ц/т* — кинетическая энергия электронов в момент генерации, Ед — эффективная ширина запрещенной зоны. В отличие от вклада (7), спиновый фототок (8) зависит от поляризации падающего света и не возникает при возбуждении неполяризованным светом, когда ех = еу = 1/2, ехеу — 0. Сравнение вкладов (7) и (8) показывает, что в зависимости от величины (Ни> — Ед) эти вклады могут быть как сравнимы, так и один из них может преобладать над другим.

Пространственное разделение электронов с противоположными спинами, обусловленное чисто спиновым фототоком, наблюдалось при гелиевых температурах в структурах с квантовыми ямами СаАз/АЮаАз (110) в работе [9]. Было обнаружено, что оптическое возбуждение структур сфокусированным линейно поляризованным импульсом, при котором рождаются электроны с кинетической энергией е и 150 теУ, приводит к разделению электронов со спинами

= ±1/2 на расстояние нескольких микрон вдоль направления х' || [110]. При этом знак спиновой поляризации меняется при переключении поляризации импульса накачки се || х' на е || у'. Обнаруженный эффект находится в согласии с развитой нами теорией и показывает, что для использованной в эксперименте частоты света поляризационно-зависимый вклад в спиновый фототок преобладает.

Чисто спиновые фототоки в квантовых ямах возникают не только при спин-зависимых межзонных оптических переходах, но и при меж-подзонном (§ 2.4) и внутриподзонном (§ 2.5) поглощении линейно поляризованного света в легированных структурах п-типа, которое обусловлено в основном оптическими переходами с сохранением спина. В последнем случае главный вклад в спиновый ток связан со спин-зависимым рассеянием электронов на фононах или примесях.

Спин-зависимая асимметрия электрон-фононного взаимодействия в квантовых ямах без центра инверсии приводит также к генерации чисто спинового тока в случае, когда электронный газ просто выведен из термодинамического равновесия с кристаллической решеткой (§ 2.7). В таком механизме спиновый ток возникает в результате энергетической релаксации электронов за счет неупругого рассеяния на фононах независимо от того, каким образом было нарушено термодинамическое равновесие между электронной и фононной подсистемами.

В § 2.8 показано, что наряду с чисто спиновыми токами в многодолинных полупроводниках поглощение света может приводить к возникновению "орбитально-долинных" токов. В случае чисто орбитально-долинных токов носители заряда в разных долинах полупроводника двигаются в различных направлениях так, что полный электрический ток отсутствует. Данный эффект рассмотрен на примере кремниевых квантово-размерных структур.

Оптическая накачка полупроводниковых структур может быть эффективно использована для создания спиновой поляризации свободных носителей заряда. Такое явление, обнаруженное в конце 60-х годов прошлого века и получившее название "оптическая ориентация", хорошо изучено для межзонных переходов под действием циркулярно поляризованного света [2]. В третьей главе представлена теория оптической ориентации электронных спинов при внутризонных оптических переходах. Показано, что поглощение циркулярно поляризованного света с энергией фотона, малой по сравнению с шириной запрещенной зоны, также приводит к спиновой ориентации носителей заряда в структурах п-типа. Поскольку в фотовозбуждении участвует только

один тип носителей, электроны, такая монополярная оптическая ориентация может рассматриваться как оптический метод спиновой инжекции.

В § 3.2 рассмотрена оптическая ориентация электронного газа, обусловленная внутризонным поглощением циркулярно поляризованного света в объемных полупроводниках А3В5. Поглощение света при непрямых переходах (поглощение Друде) возможно, если оно сопровождается процессами рассеяния электронов на фононах или статических дефектах, поскольку необходимо удовлетворить одновременно законам сохранения энергии и квазиимпульса. Теоретически такие переходы описываются по теории возмущений виртуальными процессами второго порядка с промежуточными состояниями. Основной вклад в поглощение света вносят процессы с промежуточными состояниями в зоне проводимости, однако они нечувствительны к знаку циркулярной поляризации света. Оптическая ориентация, вызванная внутри-зонным поглощением циркулярно поляризованного света, может быть получена, если рассмотреть виртуальные переходы с промежуточными состояниями в сложной валентной зоне и учесть ее спин-орбитальное расщепление. Такие процессы проиллюстрированы на рис. 3. При

Рис. 3: Схематическое изображение механизма оптической ориентации при непрямых внутризонных переходах с промежуточными состояниями в валентной зоне. Штриховые и пунктирные кривые обозначают взаимодействие электрона со светом и электронное рассеяние.

ЙО

возбуждении циркулярно поляризованным светом <т+ электронные переходы с переворотом спина | —1/2) —> |+1/2) идут через промежуточные состояния в подзоне легких и спин-орбитально отщепленных дырок, а обратные процессы | + 1/2) —> | — 1/2) запрещены правилами отбора. Такая асимметрия приводит к спиновой ориентации электронного газа.

Расчет показывает, что скорость оптической генерации электронных спинов определяется выражением

• Ус2„ Aj IK(u)Pcirc ° Vc2 Ед (Eg + Aso) (Щ + 2Aso) '

где Vc и Vcv — матричные элементы внутризонного и межзонного рассеяния, Aso — энергия спин-орбитального расщепления валентной зоны, К(ш) — коэффициент поглощения, РС1ГС и L — степень циркулярной поляризации и единичный вектор в направлении распространения света. Детальный расчет скорости генерации электронных спинов проведен методом спиновой матрицы плотности для внутризонных оптических переходов в объемных полупроводниках, а также для внутриподзонных переходов в квантовых ямах (§ 3.3) для случаев, когда поглощение света сопровождается рассеянием электронов на акустических фононах и на статических дефектах.

Возможность оптической ориентации электронов при внутризонном поглощении света была недавно подтверждена в экспериментах с объемными кристаллами n-InSb [10]. Эксперимент был проведен методом "pump-probe" с использованием циркулярно поляризованного импульса накачки дальнего инфракрасного диапазона от лазера на свободных электронах. Спиновая поляризация регистрировалась по эффекту Фарадея пробным линейно поляризованным импульсом с энергией кванта, соответствующей ширине запрещенной зоны. Наблюдаемая в эксперименте спиновая ориентация электронного газа, возникающая при внутризонном поглощение циркулярно поляризованного излучения, была объяснена с использованием теории монополярной оптической ориентации, представленной в данной главе.

В § 3.4 построена теория оптической ориентации двумерного электронного газа при резонансных оптических переходах между

подзонами размерного квантования. Данный эффект обусловлен к р подмешиванием состояний сложной валентной зоны к волновым функциям зоны проводимости. В рамках такого приближения циркулярно поляризованное излучение в геометрии нормального падения вызывает межподзонные переходы с переворотом спина. Это приводит к появлению сонаправленного электронного спина вдоль оси роста структуры в обеих подзонах размерного квантования. При наклонном падении света оптическая ориентация электронных спинов в плоскости квантовой ямы обусловлена спин-зависимыми переходами с сохранением спина. В этом случае под действием циркулярно поляризованного света за счет компоненты вектора поляризации ег идут интенсивные межподзонные переходы с сохранением спина. Однако интенсивности этих процессов различны для спинов, направленных вдоль и против направления распространения света в плоскости квантовой ямы. Такое различие приводит к перераспределению спина в плоскости квантовой ямы между подзонами, хотя полный спин в процессе фотовозбуждения сохраняется. Перераспределение спина между подзонами приводит к появлению среднего спина, если горячие электроны при энергетической релаксации теряют свою спиновую поляризацию.

В § 3.5 рассмотрен короткодействующий механизм спиновой релаксации Эллиота - Яфета, связанный с теми же межзонными константами электронного рассеяния, которые определяют спиновую ориентацию электронов при непрямых оптических переходах.

В четвертой главе показано, что оптическая ориентация свободных носителей заряда в полупроводниковых гетероструктурах может возникать и при поглощении линейно поляризованного света. Этот на первый взгляд неожиданный эффект обусловлен низкой симметрией гетероструктур и запрещен в объемных кубических полупроводниках.

В § 4.1 представлена феноменологическая теория оптической ориентации спинов линейно поляризованным светом. Показано, что в асимметричных квантовых ямах, выращенных вдоль [001], возбуждение линейно поляризованным светом в геометрии нормального падения приводит к спиновой ориентации носителей вдоль оси роста структуры.

При этом спиновая ориентация имеет противоположный знак для излучения, поляризованного вдоль осей [100] и [010]. В квантовых ямах, выращенных вдоль [110], ориентация спинов в плоскости квантовой ямы возможна даже при возбуждении неполяризованным светом.

Микроскопическая теория оптической ориентации электронных спинов линейно поляризованным светом для межзонных оптических переходов в квантовых ямах развита в § 4.2. Показано, что такая оптическая ориентация представляет собой двухступенчатый процесс, который включает асимметричное спин-зависимое фотовозбуждение, обусловленное правилами отбора, и спиновую прецессию в эффективном магнитном поле, индуцированном спин-орбитальным взаимодействием Рашбы или Дрессельхауза.

Спиновая ориентация электронов возникает и при межподзонном (§ 4.3) и внутриподзонном (§ 4.4) поглощении линейно поляризованного света в легированных квантовых ямах. Особенностью эффекта при резонансных межподзонных переходах является спектральная зависимость оптической ориентации, которая повторяет производную коэффициента поглощения света по частоте. При пересечении максимума поглощения происходит смена знака спиновой ориентации, т.е. направление электронного спина меняется на противоположное.

При внутриподзонном возбуждении двумерного электронного газа оптическая ориентация возникает главным образом за счет спин-зависимого рассеяния электронов на фонолах или примесях [11], которое описывается линейными по волновому вектору слагаемыми в матричном элементе рассеяния

Ук'к = + У<*0 + > (10)

а/3

где к и к' — начальный и конечный волновые вектора. За счет вклада ос сгх(кх+к'х), который присутствует в квантовых ямах (001), электроны со спином ±1/2 на ось х, возбуждаемые светом со дна подзоны размерного квантования, переходят преимущественно в конечные состояний с противоположными волновыми векторами (см. рис. 4). Средняя спиновая поляризация электронов появляется в результате

Рис. 4: Микроскопический механизм оптической ориентации электронных

последующей прецессии спинов неравновесных носителей в эффективном магнитном поле, обусловленном спин-орбитальным взаимодействием. Ларморовская частота эффективного магнитного поля является линейной функцией волнового вектора в квантовых ямах, = "^рЧосрк/З, поэтому направления вращения спинов противоположны

спинов линейно поляризованным Для частиц с положительными излучением при внутриподзонных и отрицательными значения-

нию спиновой компоненты 52 одного знака для всех фотовозбужденных электронов, т.е. к возникновению средней спиновой поляризации электронного газа.

Расчет показывает, что в квантовых ямах (001) скорость такой оптической ориентации спинов определяется выражением

где т]е 1 — доля светового потока, поглощаемая в квантовой яме при нормальном падении света, а угловые скобки обозначают усреднение по

множителем (е^ — е^) = cosa, где а — угол между осью х и плоскостью поляризации света.

Анализ показывает, что спиновая ориентация электронов в гете-роструктурах может возникать и при разогреве электронного газа по отношению к кристаллической решетке любым способом (§ 4.5). Такой эффект, названный термической ориентацией электронных спинов, обусловлен спнн-зависимой асимметрией электрон-фононного

оптических переходах.

ми кх. В результате, такая прецессия приводит к появле-

положениям примесей. Поляризационная зависимость Sz определяется

взаимодействия, которое стремится восстановить термодинамическое равновесие между электронной и фононной подсистемами. Термическая ориентация электронных спинов возможна только в структурах достаточно низкой симметрии, в которых какая-либо компонента аксиального вектора является инвариантом. Данный эффект рассмотрен на примере асимметричных квантовых ям (110), в которых разогрев электронного газа приводит к спиновой поляризации носителей в плоскости интерфейсов вдоль направления [110].

Поглощение света подвижными носителями заряда в полупроводниках может приводить к появлению электрического тока даже в отсутствие внешнего смещения. Среди таких эффектов особое место занимает циркулярный фотогальванический эффект, в котором направление тока меняется на противоположное при инверсии знака циркулярной поляризации света. Данный эффект, впервые обнаруженный в объемном теллуре [12], в последнее время широко исследуется в квантовых ямах на основе полупроводников с решеткой цинковой обманки и алмаза [5]. В пятой главе представлена теория циркулярного фотогальванического эффекта, объясняющая возникновение тока при внутризонном поглощении света в квантовых ямах А3В5 и 81.

В квантовых ямах, выращенных из полупроводников с решеткой цинковой обманки вдоль [001], фототок возникает только при наклонном падении света и может быть обусловлен как структурной асимметрией квантовой ямы, так и отсутствием центра инверсии в объемном материале. В структурах, выращенных вдоль менее симметричных направлений, таких как [110] и [113], эффект возможен и при нормальном падении света и в этой геометрии связан с отсутствием центра пространственной инверсии в кристалле.

Развитая в § 5.3 микроскопическая теория показывает, что циркулярный фотогальванический эффект при внутриподзонных оптических переходах возникает за счет квантовой интерференции различных вкладов в поглощение света. Как было отмечено в третьей главе, поглощение света свободными носителями заряда является непрямым процессом и описывается виртуальными оптическими переходами с промежу-

точными состояниями. При возбуждении циркулярно поляризованным светом процессы с промежуточными состояниями в разных подзонах размерного квантования складываются конструктивно для переходов в состояние с некоторым волновым вектором к и деструктивно — для переходов в —к. Это означает, что вероятности реальных оптических переходов в состояния к и —к становятся различными, что и приводит к фототоку.

Механизм фотогальванического эффекта, обусловленный квантовой интерференцией виртуальных переходов с промежуточными состояниями в подзонах е1 и е2, вносит вклад и в фототок, возникающий в спектральном диапазоне межподзонного поглощения света, т. е. при 7ш « £21- При приближении к межподзонному резонансу фототок резко увеличивается, поскольку вклад от подзоны е2 возрастает.

Качественно другой механизм возникновения фототока связан с прямыми межподзонными оптическими переходами в квантовых ямах с линейным по волновому вектору спин-орбитальным расщеплением электронных подзон. При возбуждении циркулярно поляризованным светом, в соответствии с правилами отбора для межподзонных переходов, происходит различное заселение спиновых состояний. В присутствии линейного по к спинового расщепления подзон законы сохранения энергии и квазиимпульса приводят к тому, что появляется асимметричное распределение носителей в обеих подзонах размерного квантования, и возникает электрический ток.

Экспериментально циркулярный фотогальванический эффект был обнаружен и исследован в различных квантовых ямах А3В5 л-типа в условиях внутриподзонных и межподзонных оптических переходов. Развитая теория описывает наблюдаемые в экспериментах зависимости фототока от частоты и угла падения света для структур различной симметрии. Оценки показывают, что интерференционный и спиновый механизмы вносят сравнимые вклады в фототок, возникающий при межподзонном поглощении света в квантовой ямах СаАэ/АЮаАз в геометрии наклонного падения света.

В § 5.4 рассмотрен циркулярный фотогальванический эффект в

двумерных электронных каналах на поверхности кремния в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Показано, что в МДП структурах, сформированных на вицинальной поверхности, в которых плоскость канала повернута от кристаллографической плоскости (001) вокруг оси х' || [110] на угол 1?, фототок возникает даже при нормальном падении света. Такой эффект связан с анизотропией электронного спектра в долинах, обусловленной различием продольной шц и поперечной т± эффективных масс.

Анализ показывает, что в кремниевых структурах фотогальванический эффект возникает за счет механизмов, связанных с квантовой интерференцией различных вкладов в поглощение света, поскольку спин-орбитальное взаимодействие в кремнии является слабым. Учет процессов с промежуточными состояниями в подзонах е1 и е2 приводит к следующему выражению для фототока, возникающего при внутриподзонных оптических переходах в МДП структурах с малым углом 1? при нормальном падении света:

----- т" (12)

^ ту>г> ¿21 - (М2

где 1/ту'2' = (1 /тп± — 1/тц) соэ^вт!?, Уц и У\2 — матричные элементы внутриподзонного и межподзонного рассеяния, 021 — матричный элемент координаты. При приближении к межподзонному резонансу фототок (12) возрастает и меняет направление на противоположное при изменении частоты света от Тгш < £21 до Тш > £21 ■ Детальная микроскопическая теория фотогальванического эффекта в этом спектральном диапазоне требует корректного учета уширения линии поглощения света.

Экспериментально циркулярный фотогальванический эффект в МПД структурах на вицинальной поверхности кремния наблюдался в терагерцовом диапазоне длин волн в широком диапазоне температур. Возбуждение структур циркулярно поляризованным излучением в геометрии нормального падения приводило к возникновению фототока, чувствительного к знаку циркулярной поляризации света, только вдоль х'. Это согласуется с феноменологическим описанием эффекта.

При возбуждении структур линейно поляризованным излучением наблюдался фотоотклик, обусловленный линейным фотогальваническим эффектом [13]. На рис. 5 представлены зависимости вкладов циркулярного и линейного фотогальванических эффектов в фототок от напряжения на затворе Уэ. Линейный фотогальванический эффект демонстрирует резонансное поведение: максимум фототока соответствует условию межподзонного резонанса Тгш и £21 ■ что было дополнительно проверено в экспериментах по фотопроводимости. Рис. 5: Зависимости вкладов (а)

,, ч ,. , Циркулярный фотогальваничес-

циркулярного и (Ь) линейного фотогальванических эффектов в фототок кий эффект демонстрирует спек-от напряжения на затворе Уд для тральную инверсию при пересече-кремниевой МДП структуры. нии межподзонного резонанса.

Такое поведение соответствует представленной выше микроскопической теории. Наблюдаемая асимметрия величины фототока при /ш < £21 и Ты > £21 может быть объяснена зависимостью времени релаксации электронов по импульсу тр от энергии. Измеренная в эксперименте величина циркулярного фототока получается из выражения (12) для структуры с углом 1? = 9.7° и степени асимметрии 1У\\У\2)/{У\\) = Ю-2.

В § 5.5 описан циркулярный эффект увлечения электронов фотонами. Такой эффект обусловлен передачей и углового момента, н импульса фотонов электронной системе и также вносит вклад в фототок, меняющий направление на противоположное при инверсии знака циркулярной поляризации света. Поскольку эффект увлечения

Г

£ 2

^ 1

14

8 0 "х-1

£

б 2 а,

14 1

а 1 а.

Э = 9.7°, 7"= 10 К (а)

А -Йю=13.7тсУ а

• - Ы - 8.4 тсУ

» А

1г ' ^

V

(Ъ)

«г

А Л

1 X

1 \А.

Оа1е voltagc \' ( V )

возникает в более высоком порядке по волновому вектору фотона q по сравнению с фотогальваническим эффектом, для его обнаружения необходимо использовать специальные геометрии экспериментов. Такие эксперименты были проведены на квантовых ямах GaAs/AlGaAs, выращенных вдоль г' || [110]. В данных структурах зависимость фототока вдоль х1, чувствительного к знаку циркулярной поляризации света, от внешнего угла падения света во с точностью до линейных по qx> слагаемых описывает соотношением

jx> ос х cos 9 tptsPcirc + qD sin2 9 tptsPcirc , (13)

где феноменологические параметры х и D отвечают за циркулярный фотогальванический эффект и циркулярный эффект увлечения, в — угол преломления света, sin0 = sin 9о/пи. пш — коэффициент преломления, tp и ís — определяемые формулами Френеля амплитудные коэффициенты прохождения р и s компонент поля световой волны через поверхность полупроводника, (x'z') — плоскость падения света.

На рис. б представлена зависимость циркулярного фототока от угла падения 9q для структуры GaAs/AlGaAs (110) n-типа при возбуждении инфракрасным излучением, вызывающим межподзонные переходы. С ростом угла падения света циркулярный фототок уменьшается и при угле |0о| ~ 50° меняет знак. Такое поведение может быть объяснено

только конкуренцией фотогальванического эффекта и эффекта увлечения, поскольку каждый из этих вкладов имеет один и то же знак при всех 9о. На рис. 6 представлено разложение экспериментальной зависимости фототока на два вклада: пунктирная и штриховые кривые соответствуют первому и второму Рис. 6: Зависимость циркулярного слагаемым в правой части вы-фототока в структуре GaAs/AlGaAs ражения (13)i СПЛ0ШНая кривая

(110) n-типа от угла падения. -

— сумма оооих вкладов. Видно,

что феноменологическое уравнение (13) с учетом циркулярного фотогальваннческого эффекта и циркулярного эффекта увлечения хорошо описывает угловую зависимость фототока, наблюдаемую в эксперименте.

Предложена микроскопическая модель, объясняющая возникновение циркулярного эффекта увлечения при межиодзонных переходах в квантовых ямах п-типа. Модель включает в себя три стадии: асимметричное спин-зависимое фотовозбуждение, обусловленное правилами отбора и передачей импульса фотонов электронам, прецессию спинов в эффективном магнитном поле, индуцированном спин-орбитальным взаимодействием, и генерацию электрического тока в процессе спиновой релаксации носителей (спин-гальванический эффект).

Шестая глава посвящена исследованию магнитоиндуцированных фотогальванических эффектов, возникающих при внутриподзонных и межиодзонных оптических переходах в квантовых ямах п-типа в магнитном поле. Такие эффекты формируют отдельное направление фотогальваники, поскольку магнитное поле нарушает симметрию к инверсии времени и приводит к появлению качественно новых механизмов генерации фототоков.

В § 6.2 представлена феноменологическая теория магнитоиндуцированных фотогальванических эффектов в квантовых ямах. Теория описывает наблюдаемые в экспериментах зависимости фототоков от поляризации света и ориентации магнитного поля в различных двумерных структурах на основе полупроводников А3В5 и кремния. Показано, что в гиротропных средах, к которым относятся квантовые ямы, электрические токи в магнитном поле возникают даже при возбуждении структур неполяризованным светом. Это связано с тем, что в гиротропных средах некоторые компоненты полярного вектора электрического тока ] и аксиального вектора магнитного поля В преобразуются одинаково, поэтому возможен фототок ]а ос IВ¡з.

Микроскопическая теория магнитоиндуцированного фотогальванического эффекта при внутриподзонных оптических переходах в квантовых ямах п-типа в магнитном поле, лежащем в плоскости

интерфейсов, развита в § 6.3. Продемонстрировано, что вклад в фототок вносит как асимметрия элементарных процессов поглощения света, так и свойственная гиротропной среде асимметрия процессов релаксации фотовозбужденных носителей заряда. Природа такой асимметрии, вызванной магнитным полем, может быть как спиновой, так и диамагнитной.

Спиновые механизмы фототоков, возникающих в квантовых ямах в продольном магнитном поле, связаны с зеемановским расщеплением электронных состояний. Как показано во второй главе, внутриподзонное поглощение света сопровождается генерацией спинового тока, при котором носители заряда с противоположными спинами двигаются в противоположные стороны. Потоки электронов в спиновых подзонах равны по величине и компенсируют друг друга в отсутствие магнитного поля. Приложение внешнего магнитного поля поляризует электроны по спину и нарушает этот баланс, что приводит к возникновению результирующего электрического тока

j0=4eY,SaJ%, (14)

а

где 5 — средний спин электронов.

Продольное магнитное поле не только расщепляет электронные состояния по спину, но и влияет на орбитальное движение носителей заряда в меру конечности ширины квантовой ямы. Обусловленная полем модификация электронных волновых функций в структурах без центра инверсии приводит к асимметрии рассеяния электронов на фононах и примесях, которая описывается нечетными по В и & слагаемыми в вероятности рассеяния. Такая диамагнитная асимметрия рассеяния приводит к электрическому току как при внутриподзонном поглощении света, которое сопровождается рассеянием электронов, так и в процессе последующей энергетической релаксации носителей.

Сопоставление спиновых и диамагнитных механизмов показывает, что в зависимости от ширины квантовой ямы, температуры, величины д-фактора и эффективной электронной массы их вклады в фототок могут быть сравнимы, или один из механизмов доминирует.

В § 6.4 анализируются возможные вклады в линейный по магнитному полю фототок, возникающий в квантовых ямах при межподзонных оптических переходах в продольном поле. Как и при внутриподзонном поглощении света, фототоки могут быть вызваны и асимметрией процессов электрон-фотонного взаимодействия, и асимметрией последующей релаксации фотовозбужденных носителей заряда. Процессы релаксации, следующие за межподзонными оптическими переходами, включают в себя две стадии, каждая из которых сопровождается генерацией электрического тока: рассеяние частиц из возбужденной подзоны е2 в основную el и энергетическую релаксацию до термодинамического равновесия в подзоне el.

Методы фотогальваники являются мощным инструментом харак-теризации полупроводниковых систем. В § 6.5 продемонстрирована возможность изучения структурной асимметрии квантовых ям путем измерения магнитоиндуцированных фототоков на примере структур, выращенных вдоль кристаллографического направления [110]. Феноменологический анализ показывает, что линейный по магнитному полю фототок, возникающий в таких структурах вдоль направления х' || [110] при нормальном падении света с поляризацией е || х' , описывается соотношением

jx'/I = AsiaВу> е\, + Abia^z' е2х, , (15)

в котором параметр Asia связан со структурной асимметрией квантовой ямы, a Abia — с отсутствием центра инверсии в объемном материале. Таким образом, измерение величины и знака фототока jx> в продольном магнитном поле Ву' позволяет судить о степени и знаке структурной асимметрии исследуемой квантовой ямы.

Эксперименты были проведены на гетероструктурах GaAs/AlGaAs тг-типа с различным профилем легирования (см. рис. 7). Образец А представлял собой одиночный гетеропереход и обладал наибольшей асимметрией. В образцах В и D положения слоев легирования были сдвинуты относительно середин квантовых ям в противоположные стороны, что приводило к структурной асимметрии разного знака. Образец С представлял собой набор квантовых ям с симметричным

Рис. 7: Зависимость фототока от магнитного поля Ву> в квантовых ямах СаАэ/АЮаАз (110) п-типа с различными профилями легирования.

профилем легирования. На рис. 7 представлены зависимости фототоков ■]х> от продольного магнитного поля Ву/ для исследованных структур. Видно, что наклон З^/Ву/ различен для разных образцов: фототок максимален для одиночного гетероперехода А, практически отсутствует для номинально симметричной структуры С, а в образце Б имеет противоположный знак. Такое поведение говорит о том, что степени структурной асимметрии исследованных образцов различны и зависят от пространственного расположения слоев легирования.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что квантовые ямы (110) с симметричным профилем легирования действительно обладают малой структурной асимметрией. Этим они отличаются от квантовых ям (001), в которых такая же геометрия легирования приводит к значительной асимметрии выращенных структур. Качественное различие связано со спецификой роста гетероструктур методом молеку-лярно-лучевой эпитаксии. Квантовые ямы СаАз/АЮаАэ с высокой подвижностью на подложках (001) формируются при температурах выше 600° С, тогда как на подложках (110) — при 480° С [14]. Высокая температура роста структур (001) приводит к существенной диффузии атомов, что вызывает структурную асимметрию квантовых ям даже при номинально симметричном легировании.

Основные результаты работы

1. Показано, что процесс электронного туннелировання через потенциальные барьеры на основе нецентросимметричных полупроводников является спин-зависимым. Теория спин-зависимого туннелировання построена как для одиночных барьеров, так и для резонансных двухбарьерных структур.

2. Рассчитана величина поверхностного электрического тока, возникающего вблизи барьера в плоскости интерфейсов при туннелиро-вании ориентированных по спину носителей заряда.

3. Продемонстрирована возможность оптической инжекции спиновых токов в полупроводниковые структуры, при которых носители заряда с противоположными спинами двигаются в противоположные стороны.

4. Построена теория монополярной оптической ориентации электронного газа циркулярно поляризованным излучением для внутризонных оптических переходов в объемных полупроводниках и гетероструктурах п-типа.

5. Предсказан новый эффект — оптическая ориентация электронных спинов линейно поляризованным светом. Теория данного эффекта развита для основных механизмов поглощения света в полупроводниковых квантовых ямах.

6. Показано, что циркулярный фотогальванический эффект в спектральном диапазоне внутриподзонных оптических переходов обусловлен квантовой интерференцией различных вкладов в поглощение света.

7. Построена феноменологическая теория циркулярного эффекта увлечения электронов фотонами в квантовых ямах на основе полупроводников А3В5, которая позволила выделить вклад

данного эффекта в полный фототок. Предложена микроскопическая модель, объясняющая возникновение циркулярного эффекта увлечения.

8. Показано, что рассеяние свободных носителей заряда на фононах и статических дефектах в полупроводниковых квантовых ямах во внешнем магнитном поле является асимметричным. При оптическом возбуждении квантовых ям асимметрия процессов рассеяния приводит к зависящей от поляризации света фотоэдс.

Список публикаций по теме диссертации:

[Al], V.I. РегеГ, S.A. Tarasenko, I.N. Yassievich, S.D. Ganichev, V.V. Bel'kov, and W. Prettl, Spin-dependent tunneling through a symmetric barrier // Phys. Rev. В 67, 201304(1-3) (2003).

[А2]. S.A. Tarasenko, V.I. Perel', and I.N. Yassievich, In-plane electric current is induced by tunneling of spin-polarized carriers // Phys. Rev. Lett. 93, 056601(1-3) (2004).

[A3]. M.M. Glazov, P.S. Alekseev, M.A. Odnoblyudov, V.M. Chistyakov, S.A. Tarasenko, and I.N. Yassievich, Spin-dependent resonant tunneling in symmetrical double-barrier structures // Phys. Rev. В 71, 155313(1-5) (2005).

[A4]. S.A. Tarasenko and E.L. Ivchenko, Pure spin photocurrents in low-dimensional structures // Письма в ЖЭТФ 81, 292-296 (2005).

[А5]. S.D. Ganichev, V.V. Bel'kov, S.A. Tarasenko, S.N. Danilov, S. Giglberger, Ch. Hoffmann, E.L. Ivchenko, D. Weiss, W. Wegschei-der, C. Gerl, D. Schuh, J. Stahl, J. De Boeck, G. Borghs, and W. Prettl, Zero-bias spin separation // Nature Phys. 2, 609-613 (2006).

[А6]. S.D. Ganichev, S.N. Danilov, V.V. Bel'kov, S. Giglberger, S.A. Tarasenko, E.L. Ivchenko, D. Weiss, W. Jantsch, F. Schaffler,

D. Gruber, and W. Prettl, Pure spin currents induced by spin-dependent scattering processes in SiGe quantum well structures // Phys. Rev. В 75, 155317(1-6) (2007).

[А7]. S.A. Tarasenko, Scattering induced spin orientation and spin currents in gyrotropic structures // Письма в ЖЭТФ 84, 233-237 (2006).

[А8]. S.A. Tarasenko, Spin orientation of free carriers by dc and high-frequency electric field in quantum wells // Physica E 40, 1614-1615 (2007).

[А9]. E.Jl. Ивченко, С.А. Тарасенко, Монополярная оптическая ориентация электронных спинов в объемных полупроводниках и гетероструктурах // ЖЭТФ 126, 426-434 (2004).

[А10]. S.A. Tarasenko, E.L. Ivchenko, V.V. Bel'kov, S.D. Ganichev, D. Schowalter, P. Schneider, M. Sollinger, W. Prettl, V.M. Ustinov, A.E. Zhukov, and L.E. Vorobjev, Optical spin orientation under inter-and intra-subband transitions in QWs //J- Superconductivity: Incorporating Novel Magnetism 16, 419-422 (2003).

[All]. S.A. Tarasenko, Optical orientation of electron spins by linearly polarized light // Phys. Rev. В 72, 113302(1-4) (2005).

[А12]. S.A. Tarasenko, Spin orientation of a two-dimensional electron gas by a high-frequency electric field // Phys. Rev. В 73, 115317(1-5) (2006).

[А13]. S.A. Tarasenko, Spin orientation by linearly polarized light in quantum wells // physica status solidi (c) 3, 4275-4278 (2006).

[А14]. C.A. Тарасенко, Оптическая ориентация линейно поляризованным светом при межподзонных переходах в квантовых ямах // ФТТ 49, 1704-1708 (2007).

[А15]. S.A. Tarasenko, Thermal orientation of electron spins // ФТП 42, 982-984 (2008).

[AI6]. S.D. Ganichev, E.L. Ivchenko, V.V. Bel'kov, S.A. Tarasenko, M. Sollinger, D. Weiss, W. Wegscheider, and W. Prettl, Spin-galvanic effect // Nature 417, 153-156 (2002).

[А17]. S.A. Tarasenko, Orbital mechanism of the circular photogalvanic effect in quantum wells // Письма в ЖЭТФ 85, 216-221 (2007).

[А18]. S.D. Ganichev, V.V. Bel'kov, Petra Schneider, E.L. Ivchenko, S.A. Tarasenko, W. Wegscheider, D. Weiss, D. Schuh, E.V. Beregulin, and W. Prettl, Resonant inversion of the circular photogalvanic effect in n-doped quantum wells // Phys. Rev. В 68, 035319(1-6) (2003).

[А19]. S.D. Ganichev, Petra Schneider, V.V. Bel'kov, E.L. Ivchenko, S.A. Tarasenko, W. Wegscheider, D. Weiss, D. Schuh, B.N. Mur-din, P.J. Phillips, C.R. Pidgeon, D.G. Clarke, M. Merrick, P. Murzyn, E.V. Beregulin, and W. Prettl, Spin-galvanic effect due to optical spin orientation in n-type GaAs quantum well structures // Phys. Rev. В 68, 081302(1-4) (2003).

[A20]. V.A. Shalygin, H. Diehl, Ch. Hoffmann, S.N. Danilov, T. Herrle, S.A. Tarasenko, D. Schuh, Ch. Gerl, W. Wegscheider, W. Prettl, and S.D. Ganichev, Spin photocurrents and circular photon drag effect in (HO)-grown quantum well structures // Письма в ЖЭТФ 84, 666672 (2006).

[А21]. H. Diehl, V.A. Shalygin, V.V. Bel'kov, Ch. Hoffmann, S.N. Danilov, T. Herrle, S.A. Tarasenko, D. Schuh, Ch. Gerl, W. Wegscheider, W. Prettl, and S.D. Ganichev, Spin photocurrents in (llO)-grown quantum well structures // New Journal of Physics 9, 349(1-13) (2007).

[А22]. V.V. Bel'kov, S.D. Ganichev, E.L. Ivchenko, S.A. Tarasenko, W. Weber, S. Giglberger, M. Olteanu, P. Tranitz, S.N. Danilov, Petra Schneider, W. Wegscheider, D. Weiss, and W. Prettl, Magneto-gyrotropic photogalvanic effects in semiconductor quantum wells // J. Phys.: Condens. Matter 17, 3405-3428 (2005).

[А23]. H. Diehl, V.A. Shalygin, S.N. Danilov, S.A. Tarasenko, V.V. Bel'kov, D. Schuh, W. Wegscheider, W. Prettl, and S.D. Ganichev, Magneto-gyrotropic photogalvanic effects due to inter-subband absorption in quantum wells // J. Phys.: Condens. Matter 19, 436232(1-15) (2007).

[А24]. S.A. Tarasenko, Electron scattering in quantum wells subjected to an in-plane magnetic field // Phys. Rev. В 77, 085328(1-5) (2008).

[А25]. V.V. Bel'kov, P. Olbrich, S.A. Tarasenko, D. Schuh, W. Wegscheider, T. Korn, Ch. Schuller, D. Weiss, W. Prettl, and S.D. Ganichev, Symmetry and spin dephasing in (llO)-grown quantum wells // Phys. Rev. Lett. 100, 176806(1-4) (2008).

Список литературы

[1] E.L. Ivchenko and G.E. Pikus, Superlattices and Other Heterostruc-tures. Symmetry and Optical Phenomena, Springer, Berlin, 1995.

[2] Оптическая ориентация, под ред. Б.П. Захарчени, Ф. Майера, Наука, Л., 1989.

[3] I. Zutic, J. Fabian, and S. Das Sarma, Spintronics: Fundamentals and applications // Rev. Mod. Phys. 76, 323 (2004).

[4] Б.И. Стурман, B.M. Фрпдкин, Фотогалъванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления, Наука, М., 1992.

[5] S.D. Ganichev and W. Prettl, Spin photocurrents in quantum wells // J. Phys.: Condens. Matter 15, R935 (2003).

[6] E. A. de Andrada e Silva, G.C. La Rocca, and F. Bassani, Spin-split subbands and magneto-oscillations in III-V asymmetric heterostructures // Phys. Rev. В 50, 8523 (1994).

[7] J. Moser, A. Matos-Abiague, D. Schuh, W. Wegscheider, J. Fabian, and D. Weiss, Tunneling anisotropic magnetoresistance and spin-orbit coupling in Fe/GaAs/Au tunnel junctions // Phys. Rev. Lett. 99, 056601 (2007).

[8] Ю.Б. Лянда-Геллер, Г.Е. Пикус, Циркулярный фотогальванический эффект в деформированных негиротропных кристаллах // ФТТ 31(12), 77 (1989).

[9] Н. Zhao, X. Pan, A.L. Smirl, R.D.R. Bhat, A. Najmaie, J.E. Sipe, and H.M. van Driel, Injection of ballistic pure spin currents in semiconductors by a single-color linearly polarized beam // Phys. Rev. В 72, 201302 (2005).

[10] B.N. Murdin, K. Litvinenko, D.G. Clarke et al., Spin relaxation by transient monopolar and bipolar optical orientation // Phys. Rev. Lett. 96, 096603 (2006).

[11] N.S. Averkiev, L.E. Golub, and M. Willander, Spin relaxation anisotropy in two-dimensional semiconductor systems //J. Phys.: Condens. Matter 14, R271 (2002).

[12] B.M. Аснин, A.A. Бакун, A.M. Данишевский, Е.Л. Ивченко, Г.Е. Пикус, A.A. Рогачев, Обнаружение фотоэдс, зависящей от знака циркулярной поляризации света // Письма в ЖЭТФ 28, 80 (1978).

[13] Г.М. Гусев, З.Д. Квон, Л.И. Магарилл, A.M. Палкин, В.И. Созинов, О.А. Шегай, М.В. Энтин, Резонансный фотогальванический эффект в инверсионном слое на поверхности полупроводника // Письма в ЖЭТФ 46, 28 (1987).

[14] L. Pfeiffer, K.W. West, H.L. Stormer, J.P. Eisenstein, K.W. Baldwin, D. Gershoni, and J. Spector, Formation of a high quality two-dimensional electron gas on cleaved GaAs // Appl. Phys. Lett. 56, 1697 (1990).

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 19.11.2008. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100. Заказ 3652b.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Введение

1 Спин-зависимое туннелирование

1.1 Введение. Спиновая инжекция (обзор).

1.2 Туннелирование через одиночный барьер.

1.3 Спиновая инжекция.

1.4 Туннельный спин-гальванический эффект.

1.5 Резонансное туннелирование.

1.5.1 Спиновая инжекция при резонансном туннелировании

1.5.2 Туннельный спин-гальванический эффект.

2 Чисто спиновые фототоки

2.1 Введение. Обзор литературы.

2.2 Феноменологическое описание.

2.3 Межзонные оптические переходы в квантовых ямах.

2.3.1 Спиновый фототок, обусловленный расщеплением подзон

2.3.2 Спиновый фототок, обусловленный линейными по к вкладами в матричные элементы оптических переходов

2.3.3 Экспериментальное наблюдение спиновых фототоков

2.4 Межподзонные оптические переходы в квантовых ямах п-типа

2.4.1 Спиновый фототок, обусловленный расщеплением спектра

2.4.2 Спиновый фототок, обусловленный линейными по к вкладами в матричные элементы оптических переходов

2.5 Внутриподзонные оптические переходы в квантовых ямах.

2.6 Спиновые токи, обусловленные разогревом электронного газа

2.7 Орбитально-долинные токи в многодолинных полупроводниках

3 Монополярная оптическая ориентация электронных спинов циркулярно поляризованным светом

3.1 Введение.

3.2 Внутризонные оптические переходы в объемных полупроводниках

3.3 Внутриподзонные оптические переходы в квантовых ямах.

3.4 Межподзонные оптические переходы в квантовых ямах.

3.5 Спиновая релаксация, обусловленная межзонным рассеянием

4 Оптическая ориентация электронных спинов линейно поляризованным светом

4.1 Феноменологическое описание.

4.2 Межзонные оптические переходы в квантовых ямах.

4.3 Межподзонные оптические переходы в квантовых ямах.

4.4 Внутриподзонные оптические переходы в квантовых ямах.

4.5 Термическая ориентация электронных спинов.

4.6 Ориентация спинов электрическим током

5 Циркулярный фотогальванический эффект в квантовых ямах

5.1 Введение.

5.2 Феноменологическое описание.

5.3 Циркулярный фотогальванический эффект в квантовых ямах на основе полупроводников А3В5.

5.3.1 Вну гриподзонные оптические переходы

5.3.2 Межподзонные оптические переходы.

5.4 Циркулярный фотогальванический эффект на вицинальной поверхности кремния.

5.5 Циркулярный эффект увлечения электронов фотонами.

6 Магнитоиндуцированные фотогальванические эффекты

6.1 Введение.

6.2 Феноменологическое описание.

6.3 Магнитоиндуцированный фотогальванический эффект при внутриподзонных переходах в квантовых ямах.

6.3.1 Спиновые механизмы.

6.3.2 Диамагнитные механизмы.

6.3.3 Экспериментальное исследование фототоков.

6.3.4 Фототок в полумагнитных полупроводниках.

6.4 Магнитоиндуцированный фотогальванический эффект при межподзонных переходах в квантовых ямах.

6.5 Исследование симметрии квантовых ям, выращенных вдоль [110]

Основные результаты

Актуальность темы. Физика полупроводниковых гетероструктур является в настоящее время наиболее актуальной и широко исследуемой областью физики полупроводников. Благодаря успехам технологии, прежде всего методов моле-кулярно-лучевой эпитаксии и литографии высокого разрешения, существует возможность формирования гетероструктур с заданными параметрами и свойствами, в том числе объектов наномасштаба (наноструктур). В наноструктурах движение свободных носителей заряда ограничено в одном или нескольких направлениях, что приводит к эффектам размерного квантования, кардинально изменяющим энергетические спектры носителей заряда, фононов и других квазичастиц [1, 2]. Важную роль в наноструктурах играют гетерограницы, поскольку в системах малого размера отношение площади поверхности к внутреннему объему структуры является большим. Наличие гетерограниц приводит к понижению пространственной симметрии наноструктур по сравнению с объемными материалами [3]. Это существенным образом отражается на оптических и транспортных свойствах, а также приводит к возникновению целого класса новых физических явлений, которые невозможны в объемных материалах.

В последнее время в физике полупроводниковых гетероструктур большой интерес вызывают спиновые явления. Значительные усилия сосредоточены на изучении характера спин-орбитального взаимодействия и спиновой динамики носителей заряда, разработке эффективных методов создания и детектирования спиновой ориентации электронов и дырок, а также на исследовании оптических и транспортных эффектов, обусловленных спин-орбитальным взаимодействием [4, 5, 6, 7, 8]. Такое внимание связано как с фундаментальным интересом к физике спиновых явлений, самой по себе глубокой и многогранной, так и с перспективой использования спиновых эффектов в различных приложениях. Успехи в области оптической ориентации [4], инжекции поляризованных по спину носителей заряда из магнитных материалов в полупроводниковые структуры [8, 9], управления спиновой поляризацией внешними воздействиями и изучения спиновых явлений в гетероструктурах создают базу для разработки твердотельных электронных устройств, использующих дополнительную степень свободы — спин.

Спиновая динамика свободных носителей заряда определяется тонкой структурой их энергетического спектра, которая зависит от симметрии наноструктур и может управляться внешними электрическими и магнитными полями, деформацией и т.д., поэтому исследование симметрийных свойств низкоразмерных систем является в настоящее время актуальной задачей. Мощным инструментом характеризации полупроводниковых структур является фотогальваника [5, 10, 11]. На микроскопическом уровне фотогальванические эффекты обусловлены асимметрией элементарных процессов поглощения света или последующей релаксации фотовозбужденных носителей. Поэтому исследование таких эффектов дает надежный инструмент для изучения симметрии гетероструктур, а также позволяет получать информацию о кинетических параметрах носителей заряда, таких как времена импульсной, энергетической и спиновой релаксации, характере спин-орбитального взаимодействия и механизмах рассеяния. Детальное исследование взаимодействия подвижных носителей заряда со светом стимулирует дальнейшее развитие приборов оптоэлектроники.

Целыо работы является выявление и исследование новых микроскопических механизмов спиновой ориентации свободных носителей заряда, новых фотогальванических эффектов в полупроводниковых гетероструктурах.

Научная новизна и практическая значимость работы состоит в обнаружении и описании ряда новых физических явлений: спин-зависимого туннелирования, обусловленного спин-орбитальным расщеплением энергетического спектра, генерации чисто спиновых фототоков без переноса заряда, монополярной оптической ориентации электронного газа, оитической ориентации спинов свободных носителей линейно поляризованным светом, циркулярного эффекта увлечения электронов фотонами. Полученные результаты позволили разработать методы характеризации наноструктур.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Вероятность туннелирования электронов через потенциальные барьеры па основе нецентросимметричных полупроводников зависит от ориентации электронных спинов даже в отсутствие магнитного поля.

2. Туннелирование ориентированных по спину электронов через полупроводниковый барьер без центра инверсии сопровождается появлением электрического тока в плоскости интерфейсов. Направление тока определяется ориентацией электронных спинов относительно кристаллографических осей.

3. Поглощение линейно поляризованного света в полупроводниковых квантовых ямах вызывает спиновый ток, при котором носители заряда с противоположными спинами двигаются в противоположные стороны.

4. Внутризонное поглощение циркулярно поляризованного света в объемных полупроводниках и полупроводниковых квантовых ямах п-типа приводит к спиновой ориентации электронов.

5. Оптическая ориентация свободных носителей заряда в квантовых ямах со спин-орбитальным расщеплением подзон размерного квантования может быть осуществлена линейно поляризованным светом.

6. Фототок, возникающий в полупроводниковых квантовых ямах при возбуждении циркулярно поляризованным светом, содержит вклад, обусловленный одновременной передачей импульса и углового момента фотонов электронам (циркулярный эффект увлечения электронов фотонами).

7. Асимметрия процессов рассеяния свободных носителей заряда на фононах и статических дефектах в нецентросимметричных квантовых ямах во внешнем магнитном поле приводит к зависящей от поляризации света фотоэдс.

Апробация работы. Результаты исследований, вошедших в диссертацию, докладывались на 26 и 28 Международных конференциях по физике полупроводников (Эдинбург, Шотландия, 2002, Вена, Австрия, 2006), VI - VIII Российских конференциях по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 2003, Звенигород, 2005, Екатеринбург, 2007), 11 - 15 Международных симпозиумах "Наноструктуры: физика и технология" (Санкт-Петербург, 2003 - 2006, Новосибирск, 2007), 20 и 22 Международных конференциях Отделения физики твердого тела Европейского физического общества (Прага, Чехия, 2004, Рим, Италия, 2008), II - IV Международных конференциях по физике и приложениям спин-зависимых явлений в полупроводниках (Вюрцбург, Германия, 2002, Санта-Барбара, США, 2004, Сендай, Япония, 2006), II и III Международных конференциях но спиновым явлениям "Spintech" (Брюгге, Бельгия, 2003, Аваджи, Япония, 2005), Совещании "Нанофотоника" (Н. Новгород, 2004), Международных симпозиумах по основам электронных наносистем (Санкт-Петербург, 2006, 2008), Международном совещании по спиновым явлениям в низкоразмерных системах (Регенсбург, Германия, 2005), Совещании "Спин-зависимые явления в твердых телах и спинтроника" (Санкт-Петербург, 2006), Международной зимней школе по физике полупроводников (Зеленогорск, 2007), Украинской научной конференции по физике полупроводников (Одесса, Украина, 2007), 17 Международной конференции по электронным свойствам двумерных систем (Генуя, Италия, 2007), 9 Международной конференции по межподзонным переходам в квантовых ямах

Эмблсайд, Великобритания, 2007), Московском международном симпозиуме по магнетизму (Москва, 2008). Результаты работы докладывались и обсуждались также на семинарах ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Института радиоэлектроники РАН, Института физики полупроводников СО РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, в университетах Регенсбурга, Вюрцбурга, Линца, Саутгемптона, Экзетера, научно-исследовательском центре Карлсруэ. Основное содержание диссертации опубликовано в 25 работах.

Диссертация состоит из Введения, шести глав, Заключения, Приложения и списка литературы. Первая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию туннельного прохождения электронов через потенциальные барьеры, выращенные из нецентросимметричных полупроводниковых соединений. Продемонстрировано, что процесс электронного туннелирования в таких системах является спин-зависимым, и прозрачность структур зависит от ориентации электронных спинов даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Микроскопическая природа такого эффекта в полупроводниках с решеткой цинковой обманки связана с кубическим по волновому вектору спин-орбитальным расщеплением электронных состояний. Предсказан новый эффект — генерация электрического тока в плоскости гетерограниц при тупнелировании ориентированных по спину электронов через нецентросимметричные полупроводниковые барьеры. Показано, что возможен и обратный эффект — спиновая поляризация электронов, наклонно прошедших через туннельную структуру. Теория спин-зависимого туннелирования построена как для структур на основе одиночных барьеров, так и для резонансных двухбарьерных систем.

Основные результаты работы

1. Показано, что процесс электронного туннелирования через потенциальные барьеры на основе нецентросимметричных полупроводников является спин-зависимым. Теория спин-зависимого туннелирования построена как для одиночных барьеров, так и для резонансных двухбарьерных структур.

2. Рассчитана величина поверхностного электрического тока, возникающего вблизи барьера в плоскости интерфейсов при туннелировании ориентированных по спину носителей заряда.

3. Продемонстрирована возможность оптической инжекции спиновых токов в полупроводниковые структуры, при которых носители заряда с противоположными спинами двигаются в противоположные стороны.

4. Построена теория монополярной оптической ориентации электронного газа циркулярно поляризованным излучением для внутризонных оптических переходов в объемных полупроводниках и гетероструктурах п-типа.

5. Предсказан новый эффект — оптическая ориентация электронных спинов линейно поляризованным светом. Теория данного эффекта развита для основных механизмов поглощения света в полупроводниковых квантовых ямах.

6. Показано, что циркулярный фотогальванический эффект в спектральном диапазоне внутриподзонных оптических переходов обусловлен квантовой интерференцией различных вкладов в поглощение света.

7. Построена феноменологическая теория циркулярного эффекта увлечения электронов фотонами в квантовых ямах на основе полупроводников А3В5, которая позволила выделить вклад данного эффекта в полный фототок. Предложена микроскопическая модель, объясняющая возникновение циркулярного эффекта увлечения.

8. Показано, что рассеяние свободных носителей заряда на фононах и статических дефектах в полупроводниковых квантовых ямах во внешнем магнитном поле является асимметричным. При оптическом возбуждении квантовых ям асимметрия процессов рассеяния приводит к зависящей от поляризации света фотоэдс.

На протяжении всего времени выполнения данной работы я неизменно чувствовал поддержку и внимание своих друзей и коллег. Многое дала мне работа под руководством моих учителей Е.Л. Ивченко и Н.С. Аверкиева, которые сформировали мой интерес к физике полупроводников. Я благодарен экспериментаторам С.Д. Ганичеву, В.В. Белькову и В.А. Шалыгину, совместная работа с которыми была очень приятна и плодотворна. Исключительно полезным было научное сотрудничество с И.Н. Яссиевич и В.И. Перелем. Высоко я ценю возможность общения и обсуждения различного круга вопросов с Л.Е. Голубом, М.М. Глазовым, М.Н. Нестоклоном и другими сотрудниками нашего сектора. Благодарность я также испытываю к своей семье, которая меня поддерживает.

1. G. Bastard, Wave mechanics applied to semiconductor heterostructures, Les Ulis: Les Editions de Physique, 1988.

2. P.Y. Yu, M. Cardona, Fundamentals of semiconductors, Springer-Verlag, Berlin, 1996.

3. E.L. Ivchenko and G.E. Pikus, Superlattices and Other Heterostructures. Symmetry and Optical Phenomena, Springer, Berlin, 1995.

4. Оптическая ориентация, под ред. Б.П. Захарчени, Ф. Майера, Наука, JL, 1989.

5. E.L. Ivchenko, Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures, Alpha Science Int., Harrow, 2005.

6. Semiconductor Spintronics and Quantum Computation, eds. D.D. Awschalom, D. Loss, and N. Samarth, Springer, Berlin, 2002.

7. R.H. Silsbee, Spin-orbit induced coupling of charge current and spin polarization // J. Phys.: Condens. Matter 16, R179 (2004).

8. I. Zutic, J. Fabian, and S. Das Sarma, Spintronics: Fundamentals and applications // Rev. Mod. Phys. 76, 323 (2004).

9. A.M. Bratkovsky, Spintronic effects in metallic, semiconductor, metal-oxide and metal-semiconductor heterostructures // Rep. Prog. Phys. 71, 026502 (2008).

10. Б.И. Стурман, B.M. Фридкин, Фотогалъванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления, Наука, М., 1992.

11. S.D. Ganichev and W. Prettl, Spin photocurrents in quantum wells //J. Phys.: Condens. Matter 15, R935 (2003).

12. W.G. Clark and G. Feher, Nuclear polarization in InSb by a dc current // Phys. Rev. Lett. 10, 134 (1963).

13. A.W. Overhauser, Polarization of nuclei in metals // Phys. Rev. 92, 411 (1953).

14. A.B. Комаров, C.M. Рябченко, Н.И. Витриховский, Гигантское магнитное расщепление экситонной полосы отражения в кристалле ZnTe:Mn // Письма в ЖЭТФ 27, 441 (1978).

15. М. Oestreich, J. Hübner, D. Hagele, P.J. Klar, W. Heimbrodt, W.W. Rühle, D.E. Ashenford, B. Lunn, Spin injection into semiconductors // Appl. Phys. Lett. 74, 1251 (1999).

16. R. Fiederling, M. Keim, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt, A. Waag, and L.W. Molenkamp, Injection and detection of a spin-polarized current in a light-emitting diode // Nature (London) 402, 787 (1999).

17. Y. Ohno, D.K. Young, B. Beschoten, F. Matsukura, H. Ohno, and D. Awschalom, Electrical spin injection in a ferromagnetic semiconductor heterostructure // Nature (London) 402, 790 (1999).

18. Th. Gruber, M. Keim, R. Fiederling, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt, L.W. Molenkamp, and A. Waag, Electron spin manipulation using semimagnetic resonant tunneling diodes // Appl. Phys. Lett. 78, 1101 (2001).

19. A. Slobodskyy, C. Gould, T. Slobodskyy, C.R. Becker, G. Schmidt, and L.W. Molenkamp, Voltage-controlled spin selection in a magnetic resonant tunneling diode // Phys. Rev. Lett. 90, 246601 (2003).

20. Д.А. Орлов, В.JT. Альперович, А.С. Терехов, Спин-зависимая фотоэмиссия, обусловленная скачком g-фактора электронов на интерфейсе p-GaAs(Cs,0)-вакуум // Письма в ЖЭТФ 83, 525 (2006).

21. А.Г. Аронов, Г.Е. Пикус, Спиновая инжекция в полупроводниках // ФТП 10, 1177 (1976).

22. S.F. Alvarado and P. Renaud, Observation of spin-polarized-electron tunneling from a ferromagnet into GaAs // Phys. Rev. Lett. 68, 1387 (1992).

23. S.F. Alvarado, Potential barrier dependence of electron spin polarization // Phys. Rev. Lett. 75, 513 (1995).

24. V.P. LaBella, D.W. Bullock, Z. Ding, C. Emery, A. Venkatesan, W.F. Oliver, G.J. Salamo, P.M. Thibado, M. Mortazavi, Spatially resolved spin-injection probability for gallium arsenide // Science 292, 1518 (2001).

25. G. Schmidt, D. Ferrand, L.W. Mollenkamp, A.T. Filip, and B.J. van Wees, Fundamental obstacle for electrical spin injection from a ferromagnetic metal into a diffusive semiconductor // Phys. Rev. В 62, R4790 (2000).

26. E.I. Rashba, Theory of electrical spin injection: Tunnel contacts as a solution of the conductivity mismatch problem // Phys. Rev. В 62, R16267 (2000).

27. H.J. Zhu, M. Ramsteiner, H. Kostial, M. Wassermeier, H.-P. Schonherr, and K.H. Ploog, Room-tcmperature spin injection from Fe into GaAs // Phys. Rev. Lett. 87, 016601 (2001).

28. P.R. Hammar and M. Johnson, Spin-dependent current transmission across a ferromagnet-insulator-two-dimensional electron gas junction // Appl. Phys. Lett. 79, 2591 (2001).

29. K.H. Ploog, Spin injection in ferromagnet-semiconductor heterostructures at room temperature (invited) // J. Appl. Phys. 91, 7256 (2002).

30. O.M.J, van 't Erve, A.T. Hanbicki, M. Holub, C.H. Li, C. Awo-Affouda, P.E. Thompson, and B.T. Jonker, Electrical injection and detection of spin-polarized carriers in silicon in a lateral transport geometry // Appl. Phys. Lett. 91, 212109 (2007).

31. V.F. Motsnyi, J. De Boeck, J. Das, W. Van Roy, G. Borghs, E. Goovaerts, V.I. Sa-farov, Electrical spin injection in a ferromagnet/tunnel barrier/semiconductor heterostructure // Appl. Phys. Lett. 81, 265 (2002).

32. V.F. Motsnyi, P. Van Dorpe, W. Van Roy, E. Goovaerts, V.I. Safarov, G. Borghs, and J. De Boeck, Optical investigation of electrical spin injection into semiconductors // Phys. Rev. B 68, 245319 (2003).

33. X. Jiang, R. Wang, S. van Dijken, R. Shelby, R. Macfarlane, G.S. Solomon, J. Harris, and S.S.P. Parkin, Optical Detection of Hot-Electron Spin Injectioninto GaAs from a Magnetic Tunnel Transistor Source // Phys. Rev. Lett. 90, 256603 (2003).

34. G. Salis, R. Wang, X. Jiang, R.M. Shelby, S.S.P. Parkin, S.R. Bank, J.S. Harris, Temperature independence of the spin-injection efficiency of a MgO-based tunnel spin injector // Appl. Phys. Lett. 87, 262503 (2005).

35. X. Jiang, R. Wang, R.M. Shelby, R.M. Macfarlane, S.R. Bank, J.S. Harris, and S.S.P. Parkin, Highly spin-polarized rooin-temperature tunnel injector for semiconductor spintronics using MgO(lOO) // Phys. Rev. Lett. 94, 056601 (2005).

36. A. Zakharova, F.T. Vasko, V. Ryzhii, Spin orientation due to longitudinal current and interband tunnelling in narrow-gap heterostructures //J. Phys.: Condensed Matter 6, 7537 (1994).

37. A. Voskoboynikov, S.S. Liu, and C.P. Lee, Spin-dependent electronic tunneling at zero magnetic field // Phys. Rev. В 58, 15397 (1998)

38. Э.И. Рашба, Свойства полупроводников с петлей экстремумов. I. Циклотронный и комбинированный резонанс в магнитном поле, перпендикулярном плоскости петли // ФТТ 2, 1224 (1960).

39. Ф.Т. Васько, Н.А. Прима, Спиновое расщепление спектра двумерных электронов // ФТТ 21, 1734 (1979).

40. Ю.А. Бычков, Э.И. Рашба, Свойства двумерного электронного газа со снятым вырождением спектра // Письма в ЖЭТФ 39, 66 (1984).

41. Л.Г. Герчиков, А.В. Субашиев, Спиновое расщепление подзон размерного квантования в несимметричных гетероструктурах // ФТП 26, 131 (1992).

42. A. Voskoboynikov, S.S. Liu, and C.P. Lee, Spin-dependent tunneling in double-barrier semiconductor heterostructures // Phys. Rev. B 59, 12514 (1999).

43. E.A. de Andrada e Silva, G.C. La Rocca, Electron-spin polarization by resonant tunneling // Phys. Rev. B 59, R15583 (1999).

44. A. Voskoboynikov, S.S. Liu, C.P. Lee, and O. Tretyak, Spin-polarized electronic current in resonant tunneling heterostructures //J. Appl. Phys. 87, 387 (2000).

45. D.Z.-Y. Ting and X. Cartoixa, Resonant interband tunneling spin filter // Appl. Phys. Lett. 81, 4198 (2002).

46. T. Koga, J. Nitta, H. Takayanagi, and S. Datta, Spin-filter device based on the Rashba effect using a nonmagnetic resonant tunneling diode // Phys. Rev. Lett. 88, 126601 (2002).

47. C.-E. Shang, Y. Guo, and X.-Y. Chen, Asymmetric effect on spin polarization in a spin-filter device using nonmagnetic triple-barrier structure // J. Appl. Phys. 96, 3339 (2004).

48. J. Moser, A. Matos-Abiague, D. Schuh, W. Wegscheider, J. Fabian, and D. Weiss, Tunneling anisotropic magnetoresistance and spin-orbit coupling in Fe/GaAs/Au tunnel junctions // Phys. Rev. Lett. 99, 056601 (2007).

49. G. Dresselhaus, Spin-orbit coupling effects in zinc blende structures // Phys. Rev. 100, 580 (1955).

50. V.I. Perel', S.A. Tarasenko, I.N. Yassievich, S.D. Ganichev, V.V. Bel'kov, and W. Prettl, Spin-dependent tunneling through a symmetric barrier // Phys. Rev. B 67, 201304 (2003).

51. E.A. de Andrada e Silva, G.C. La Rocca, and F. Bassani, Spin-split subbands and magneto-oscillations in III-V asymmetric heterostructures // Phys. Rev. В 50, 8523 (1994).

52. S.A. Tarasenko, V.I. PereP, and I.N. Yassievich, In-plane electric current is induced by tunneling of spin-polarized carriers // Phys. Rev. Lett. 93, 056601 (2004).

53. M.M. Glazov, P.S. Alekseev, M.A. Odnoblyudov, V.M. Chistyakov, S.A. Tarasenko, and I.N. Yassievich, Spin-dependent resonant tunneling in symmetrical double-barrier structures // Phys. Rev. В 71, 155313 (2005).

54. S.D. Ganichev, E.L. Ivchenko, S.N. Danilov, J. Eroms, W. Wegscheider, D. Weiss, and W. Prettl, Conversion of spin into directed electric current in quantum wells // Phys. Rev. Lett. 86, 4358 (2001).

55. М.И. Дьяконов, В.И. Перель, О возможности ориентации электронных спинов током // Письма в ЖЭТФ 13, 657 (1971).

56. В.Н. Абакумов, И.Н. Яссиевич, Аномальный эффект Холла для поляризованных электронов в полупроводниках // ЖЭТФ 61, 2517 (1972).

57. J.E. Hirsch, Spin Hall effect // Phys. Rev. Lett. 83, 1834 (1999).

58. Y. Kato, R.C. Myers, A.C. Gossard, and D.D. Awschalom, Observation of the spin Hall effect in semiconductors // Science 306, 1910 (2004).

59. J. Wunderlich, B. Kaestner, J. Sinova, and T. Jungwirth, Experimental observation of the spin-Hall effect in a two-dimensional spin-orbit coupled semiconductor system // Phys. Rev. Lett. 94, 47204 (2005).

60. S.O. Valenzuela and M. Tinkham, Direct electronic measurement of the spin Hall effect // Nature 442, 176 (2006).

61. J.N. Chazalviel and I. Solomon, Experimental evidence of the anomalous Hall effect in a nonmagnetic semiconductor // Phys. Rev. Lett. 29, 1676 (1972).

62. A.A. Бакун, Б.П. Захарченя, A.A. Рогачев, М.Н. Ткачук, В.Г. Флейшер, Обнаружение поверхностного фототока, обусловленного оптической ориентацией электронов в полупроводнике // Письма в ЖЭТФ 40, 464 (1984).

63. M.J. Stevens, A.L. Smirl, R.D.R. Bhat, A. Najmaie, J.E. Sipe, and H.M. van Driel, Quantum interference control of ballistic pure spin currents in semiconductors // Phys. Rev. Lett. 90, 136603 (2003).

64. J. Hübner, W.W. Rühle, M. Klude, D. Hommel, R.D.R. Bhat, J.E. Sipe, and H.M. van Driel, Direct observation of optically injected spin-polarized currents in semiconductors // Phys. Rev. Lett. 90, 216601 (2003).

65. H.M. van Driel, J.E. Sipe, and A.L. Smirl, Coherence control of electron spin currents in semiconductors // phys. stat. sol. (b) 243, 2278 (2006).

66. M.B. Энтин, Теория когерентного фотогальванического эффекта // ФТП 23, 1066 (1989).

67. R.D.R. Bhat and J.E. Sipe, Optically injected spin currents in semiconductors // Phys. Rev. Lett. 85, 5432 (2000).

68. D.H. Marti, M.-A. Dupertuis, and B. Deveaud, Dynamics of optical injection of charge and spin currents in quantum wells // Phys. Rev. В 69 35335 (2004).

69. H.T. Duc, T. Meier, arid S.W. Koch, Microscopic analysis of the coherent optical generation and the decay of charge and spin currents in semiconductor heterostructures // Phys. Rev. Lett. 95, 086606 (2005).

70. R.D.R. Bhat, F. Nastos, A. Najmaie, and J.E. Sipe, Pure spin current from one-photon absorption of linearly polarized light in noncentrosymmetric semiconductors // Phys. Rev. Lett. 94, 96603 (2005).

71. S.A. Tarasenko, E.L. Ivchenko, Pure spin photocurrents in low-dimensional structures // Письма в ЖЭТФ 81, 292 (2005).

72. H. Zhao, X. Pan, A.L. Smirl, R.D.R. Bhat, A. Najmaie, J.E. Sipe, and H.M. van Driel, Injection of ballistic pure spin currents in semiconductors by a single-color linearly polarized beam // Phys. Rev. В 72, 201302 (2005).

73. E.I. Rashba, Spin currents, spin populations, and dielectric function of noncentrosymmetric semiconductors // Phys. Rev. В 70, 161201 (2004).

74. Q.-F. Sun, X.C. Xie, J. Wang, Persistent spin current in nanodevices and definition of the spin current // Phys. Rev. В 77, 035327 (2008).

75. I. D'Amico and G. Vignale, Theory of spin Coulomb drag in spin-polarized transport // Phys. Rev. В 62, 4853 (2000).

76. C.P. Weber, N. Gedik, J.E. Moore, J. Orenstein, J. Stephens, and D.D. Awschalom, Observation of spin Coulomb drag in a two-dimensional electron gas // Nature 437, 1330 (2005).

77. M.M. Глазов, E.JI. Ивченко, Прецессионный механизм спиновой релаксации при частых электрон-электронных столкновениях // Письма в ЖЭТФ 75, 476 (2002).

78. R. Winkler, Spin-Orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems, Springer-Verlag, Berlin, 2003.

79. Г.Е. Пикус, В.А. Марущак, A.H. Титков, Спиновое расщепление зон и спиновая релаксация носителей в кубических кристаллах AJIIBV (обзор) // ФТП 22, 185 (1988).

80. М.И. Дьяконов, В.Ю. Качоровский, Спиновая релаксация двумерных электронов в полупроводниках без центра инверсии // ФТП 20, 178 (1986).

81. U. Rossler, J. Kainz, Microscopic interface asymmetry and spin-splitting of electron subbands in semiconductor quantum structures // Solid State Commun. 121, 313 (2002).

82. M.O. Nestoklon, L.E. Golub, and E.L. Ivchenko, Spin and valley-orbit splittings in SiGe/Si heterostructures // Phys. Rev. В 73, 235334 (2006).

83. В. Jusserand, D. Richards, G. Allan, C. Priester, and B. Etienne, Spin orientation at semiconductor heterointerfaces // Phys. Rev. В 51, 4707 (1995).

84. D. Richards, B. Jusserand, G. Allan, C. Priester, B. Etienne, Electron spin-flip Ramman scattering in asymmetric quantum wells: Spin orientation // Solid-State Electron. 40, 127 (1996).

85. W. Knap, C. Skierbiszewski, A. Zduniak, E. Litwin-Staszevska, D. Bertho, F. Kobbi, J.L. Robert, G.E. Pikus, F.G. Pikus, S.V. Iordanskii, V. Mosser,

86. K. Zekenes, and Yu.B. Lyanda-Geller, Weak antilocalization and spin precession in quantum wells // Phys. Rev. B 53, 3912 (1996).

87. J.B. Miller, D.M. Zumbiihl, C.M. Marcus, Yu.B. Lyanda-Geller, D. Goldhaber-Gordon, K. Campman, A.C. Gossard, Gate-controlled spin-orbit quantum interference effects in lateral transport // Phys. Rev. Lett. 90, 076807 (2004).

88. L. Meier, G. Salis, I. Shorubalko, E. Gini, S. Schon, and K. Ensslin, Measurement of Rashba and Dresselhaus spin-orbit magnetic fields // Nature Phys. 4, 77 (2008).

89. S.A. Tarasenko, Optical orientation of electron spins by linearly polarized light // Phys. Rev. B 72, 113302 (2005).

90. S.A. Tarasenko and E.L. Ivchenko, Spin orientation and spin currents induced by linearly polarized light // Proc. ICPS-28, AIP Conf. Proc. 893, 1331 (2007).

91. Ю.Б. Лянда-Геллер, Г.Е. Пикус, Циркулярный фотогальванический эффект в деформированных негиротропных кристаллах // ФТТ 31(12), 77 (1989).

92. J.B. Khurgin, Quantum interference control of electrical currents and THz radiation in optically excited zinc-blende quantum wells // Phys. Rev. В 73, 033317 (2006).

93. J.-M. Jancu, R. Scholz, E.A. de Andrada e Silva, and G.C. La Rocca, Atomistic spin-orbit coupling and k-p parameters in III-V semiconductors // Phys. Rev. В 72, 193201 (2005).

94. P. Pfeffer and W. Zawadzki, Five-level k-p model for the conduction and valence bands of GaAs and InP // Phys. Rev. В 53, 12813 (1996).

95. JI.E. Воробьев, E.JI. Ивченко, Д.А. Фирсов, В.А. Шалыгин, Оптические свойства наноструктур, Наука, СПб., 2001.

96. R.Q. Yang, J.M. Xu, and M. Sweeny, Selection rules of intersubband transitions in conduction-band quantum wells // Phys. Rev. В 50, 7474 (1994).

97. R.J. Warburton, С. Gauer, A. Wixforth, J.P. Kotthaus, B. Brar, and H. Kroemer, Intersubband resonances in InAs/AlSb quantum wells: Selection rules, matrix elements, and the depolarization field // Phys. Rev. В 53, 7903 (1996).

98. E. Towe, L.E. Vorobjev, S.N. Danilov, Yu.V. Kochegarov, D.A. Firsov, D.V. Donetsky, Hot-electron far-intrared intrasubband absorption and emission in quantum wells // Appl. Phys. Lett. 75, 2930 (1999).

99. N.S. Averkiev, L.E. Golub, and M. Willander, Spin relaxation anisotropy in two-dimensional semiconductor systems //J. Phys.: Condens. Matter 14, R271 (2002).

100. E.JI. Ивченко, С.А. Тарасенко, Монополярная оптическая ориентация электронных спинов в объемных полупроводниках и гетероструктурах // ЖЭТФ 126, 426 (2004).

101. Н.-А. Engel, B.I. Halperin, and E.I. Rashba, Theory of spin Hall conductivity in n-doped GaAs // Phys. Rev. Lett. 95, 166605 (2005).

102. S.A. Tarasenko, Spin orientation of a two-dimensional electron gas by a high-frequency electric field // Phys. Rev. В 73, 115317 (2006).

103. Т. Ando, А.В. Fowler, and F. Stern, Electronic properties of two-dimensional systems // Rev. Mod. Phys. 54, 437 (1982).

104. G. Lampel, Nuclear dynamic polarization by optical electronic saturation and optical pumping in semiconductors // Phys. Rev. Lett. 20, 491 (1968).

105. R.R. Parsons, Band-to-band optical pumping in solids and polarized photoluminescence // Phys. Rev. Lett. 23, 1152 (1969).

106. А.И. Екимов, В.И. Сафаров, Оптическая ориентация носителей при межзонных переходах в полупроводниках // Письма в ЖЭТФ 12, 293 (1970).

107. Б.П. Захарченя, В.Г. Флейшер, Р.И. Джиоев, Эффект оптической ориентации электронных спинов в кристалле GaAs // Письма в ЖЭТФ 13, 195 (1971).

108. B.JI. Берковец, А.И. Екимов, В.И. Сафаров, Оптическая ориентация в системе электронов и ядер решетки в полупроводниках. Эксперимент // ЖЭТФ 65, 346 (1973).

109. М.И. Дьяконов, В.И. Перель, Оптическая ориентация в системе электронов и ядер решетки в полупроводниках. Теория // ЖЭТФ 65, 362 (1973).

110. С. Hermann, G. Lampel, Measurement of the ^-factor of conduction electrons by optical detection of spin resonance in p-type semiconductors // Phys. Rev. Lett. 27, 373 (1971).

111. М.И. Дьяконов, В.И. Перель, О возможности оптической ориентации равновесных электронов в полупроводниках // Письма в ЖЭТФ 13, 206 (1971).

112. А.И. Екимов, В.И. Сафаров, Наблюдение оптической ориентации равновесных электронов в полупроводниках п-типа // Письма в ЖЭТФ 13, 251 (1971).

113. D.T. Pierce, F. Meier, and P. Zurcher, Negative electron affinity GaAs: A new source of spin-polarized electrons // Appl. Phys. Lett. 26, 670 (1975).

114. B.JI. Альперович, В.П. Белиничер, В.Н. Новиков, А.С. Терехов, Поверхностный фотогальванический эффект в арсениде галия // Письма в ЖЭТФ 31, 581 (1980).

115. S.A. Crooker, J.J. Baumberg, F. Flack, N. Samarth, and D.D. Awschalom, Terahertz spin precession and coherent transfer of angular momenta in magnetic quantum wells // Phys. Rev. Lett. 77, 2814 (1996).

116. R.S. Britton, T. Grevatt, A. Malinowski, R.T. Harley, P. Perozzo, A.R. Cameron, and A. Miller, Room temperature spin relaxation in GaAs/AlGaAs multiple quantum wells // Appl. Phys. Lett. 73, 2140 (1998).

117. И.А. Меркулов, В.И. Перель, М.Е. Портной, Выстраивание импульсов и ориентация спинов фотовозбужденных электронов в квантовых ямах // ЖЭТФ 99, 1202 (1990).

118. И.А. Акимов, Д.Н. Мирлин, В.И. Перель, В.Ф. Сапега, Выстраивание импульсов и ориентация спинов фотовозбужденных электронов в GaAs при переходе от двумерных к трехмерным структурам // ФТП 35, 758 (2001).

119. A.M. Данишевский, E.Jl. Ивченко, С.Ф. Кочегаров, В.К. Субашиев, Оптическая ориентация по спину и выстраивание импульсов дырок в p-InAs // ФТТ 27, 710 (1985).

120. V.M. Edelstein, Inverse Faraday effect in conducting crystals caused by a broken mirror symmetry // Phys. Rev. Lett. 80, 5766 (1998).

121. G.M.H. Knippels, X. Yan, A.M. MacLeod, W.A. Gillespie, M. Yasumoto, D. Oepts, and A.F.G. van der Meer, Generation and complete electric-field characterization of intense ultrashort tunable far-infrared laser pulses // Phys. Rev. Lett. 83, 1578 (1999).

122. S.D. Ganichev, E.L. Ivchenko, V.V. Bel'kov, S.A. Tarasenko, M. Sollinger, D. Weiss, W. Wegscheider, W. Prettl, Spin-galvanic effect // Nature 417, 153 (2002).

123. Г.Г. Зегря, B.E. Перлин, Внутризонное поглощение света в квантовых ямах за счет электрон-электронных столкновений // ФТП 32, 466 (1998).

124. Е.О. Kane, Band structure of indium antimonide //J. Phys. Chem. Solids 1, 249 (1957).

125. P.A. Сурис, Пограничные состояния в гетеропереходах // ФТП 20, 2008 (1986).

126. S.A. Tarasenko, Spin orientation by linearly polarized light in quantum wells // physica status solidi (c) 3, 4275 (2006).

127. Л.Д. Ландау, E.M. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред, Физматлит, М., 2001.

128. М.И. Дьяконов, В.И. Перель, Спиновая релаксация электронов проводимости в полупроводниках без центра инверсии // ФТТ 13, 3581 (1971).

129. V.K. Kalevich, V.L. Korenev and I.A. Merkulov, Nonequilibrium spin and spin flux in quantum films of GaAs-type semiconductors // Solid State Commun. 91, 559 (1994).

130. W.A.J.A. van der Poel, A.L.G.J. Severens, and C.T. Foxon, Quantum beats in the excition emission of type II GaAs/AlAs quantum wells // Opt. Commun. 76, 116 (1990).

131. E.L. Ivchenko, V.P. Kochereshko, A.Yu. Naumov, I.N. Uraltsev, Magnetic-field-effects on photoluminescence polarization in type II GaAs/AlAs superlattices // Superlattices and Microstructures 10, 497 (1991).

132. JI.И. Магарилл, А.В. Чаплик, Фотоиндуцированный магнетизм баллистических наноструктур // Письма в ЖЭТФ 70, 607 (1999).

133. A.D. Wieck, H. Sigg, and К. Ploog, Observation of resonant photon drag in a two-dimensional electron gas // Phys. Rev. Lett. 64, 463 (1990).

134. S.A. Tarasenko, Thermal orientation of electron spins // ФТП 42, 982 (2008).

135. Е.Л. Ивченко, Г.Е. Пикус, Новый фотогальванический эффект в гирот-ропных кристаллах // Письма в ЖЭТФ 27, 640 (1978).

136. А.Г. Аронов, Ю.Б. Лянда-Геллер, Ядерный электрический резонанс и ориентация спинов носителей электрическим полем // Письма в ЖЭТФ 50, 398 (1989).

137. А.Г. Аронов, Ю.Б. Лянда-Геллер, Г.Е. Пикус, Спиновая поляризация электронов электрическим током // ЖЭТФ 100, 973 (1991).

138. V.M. Edelstein, Spin polarization of conduction electrons induced by electric current in two-dimensional asymmetric electron systems // Solid State Commun. 73, 233 (1990).

139. A.V. Chaplik, M.V. Entin, and L.I. Magarill, Spin orientation of electrons by lateral electric field in 2D system without inversion symmetry // Physica E 13, 744 (2002).

140. O.E. Raichev, Frequency dependence of induced spin polarization and spin current in quantum wells // Phys. Rev. В 75, 205340 (2007).

141. JI.E. Воробьев, JI.E. Ивченко, Г.Е. Пикус, И.И. Фарбштейн, В.А. Шалыгин, А.В. Штурбин, Оптическая активность в теллуре, индуцированная током // Письма в ЖЭТФ 29, 485 (1979).

142. Y.K. Kato, R.C. Myers, А.С. Gossard, and D.D. Awschalom, Current-induced spin polarization in strained semiconductors // Phys. Rev. Lett. 93, 176601 (2004).

143. A.Yu. Silov, P.A. Blajnov, J.H. Wolter, R. Hey, K.H. Ploog, and N.S. Averkiev, Current-induced spin polarization at a single heterojunction // Appl. Phys. Lett. 85, 5929 (2004).

144. S.D. Ganichev, S.N. Danilov, Petra Schneider, V.V. Bel'kov, L.E. Golub, W. Wegscheider, D. Weiss, and W. Prettl, Electric current-induced spin orientation in quantum well structures // J. Magn. Magn. Mater. 300, 127 (2006).

145. S.A. Tarasenko, Scattering induced spin orientation and spin currents in gy-rotropic structures // Письма в ЖЭТФ 84, 233 (2006).

146. S.A. Tarasenko, Spin orientation of free carriers by dc and high-frequency electric field in quantum wells // Physica E 40, 1614 (2008).

147. JT.E. Голуб, Новый механизм спин-гальванического эффекта // Письма в ЖЭТФ 85, 479 (2007).

148. С.М. Рыбкин, Фотоэлектрические явления в полупроводниках, Физмалтиз, М., 1963.

149. С. Зи, Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. Мир, М., 1984.

150. И.Д. Ярошецкий, С.М. Рыбкин, Увлечение электронов фотонами в полупроводниках, в сб. Проблемы современной физики, под ред. В.М. Тучкевича, В.Я. Френкеля, Наука, Л., 1980.

151. A.F. Gibson and M.F. Kimmitt, in Infrared and Millimeter Waves, Vol. 3, Detection of Radiation, eds. K.J. Button, Academic Press, N.Y., 1980.

152. A.M. Данишевский, А.А. Кастальский, С.М. Рыбкин, И.Д. Ярошецкий, Увлечение свободных носителей фотонами при прямых межзонных переходах в полупроводниках // ЖЭТФ 58, 544 (1970).

153. A.F. Gibson, M.F. Kimmitt, and А.С. Walker, Photon drag in germanium // Appl. Phys. Lett. 17, 75 (1970).

154. А.П. Дмитриев, С.А. Емельянов, С.В. Иванов, П.С. Копьев, Я.В. Терентьев, И.Д. Ярошецкий, Фототок увлечения в двумерном электронном газе в области циклотронного резонанса и его первой субгармоники // Письма в ЖЭТФ 54, 460 (1991).

155. S. Luryi, Photon-drag effect in intersubband absorption by a two-dimensional electron gas // Phys. Rev. Lett. 58, 2263 (1987).

156. E.JI. Ивченко, Г.Е. Пикус, Фотогальванические эффекты в полупроводниках, в сб. Проблемы современной физики, под ред. В.М. Тучкевича, В.Я. Френкеля, Наука, Л., 1980.

157. В.И. Белиничер, Б.И. Стурман, Фотогальванический эффект в средах без центра инверсии // УФН 130, 415 (1980).

158. A.M. Glass, D. von der Linde, and T.J. Negran, High-voltage bulk photovoltaic effect and the photorefractive process in LiNbC>3 // Appl. Phys. Lett. 25, 233 (1974).

159. Э.М. Баскин, Л.И. Магарилл, M.B. Энтин, Фотогальванический эффект в кристаллах без центра инверсии // ФТТ 20, 2432 (1978).

160. V.l. Belinicher, Space-oscillating photocurrent in crystals without symmetry center // Phys. Lett. A 66, 213 (1978).

161. В.М. Аснин, A.A. Бакун, A.M. Данишевский, Е.Л. Ивченко, Г.Е. Пикус, A.A. Рогачев, Обнаружение фотоэдс, зависящей от знака циркулярной поляризации света // Письма в ЖЭТФ 28, 80 (1978).

162. Н.С. Аверкиев, В.М. Аснин, A.A. Бакун, A.M. Данишевский, Е.Л. Ивченко, Г.Е. Пикус, A.A. Рогачев, Циркулярный фотогальванический эффект в теллуре. I. Теория // ФТП 18, 639 (1984).

163. Н.С. Аверкиев, В.М. Аснин, A.A. Бакун, A.M. Данишевский, Е.Л. Ивченко, Г.Е. Пикус, A.A. Рогачев, Циркулярный фотогальванический эффект в теллуре. II. Эксперимент // ФТП 18, 648 (1984).

164. M. Bieler, N. Laman, H.M. van Driel, and A.L. Smirl, Ultrafast spin-polarized electric currents injected in a strained zinc blende semiconductor by single color pulses // Appl. Phys. Lett. 86, 061102 (2005).

165. C.L. Yang, H.T. He, L. Ding, L.J. Cui, Y.P. Zeng, J.N. Wang, and W.K. Ge, Spin photocurrent and converse spin polarization induced in a InGaAs/InAlAs two-dimensional electron gas // Phys. Rev. Lett. 96, 186605 (2006).

166. S.A. Tarasenko, Orbital mechanism of the circular photogalvanic effect in quantum wells // Письма в ЖЭТФ 85, 216 (2007).

167. Л.И. Магарилл, М.В. Энтин, Фотогальванический эффект в размерно-квантованных системах // Поверхность 1, 74 (1982).

168. Е.Л. Ивченко, Ю.Б. Лянда-Геллер, Г.Е. Пикус, Ток термализованных носителей, ориентированных по спину // ЖЭТФ 98, 989 (1990).

169. Л.И. Магарилл, М.В. Энтин, Фотогальванический эффект в инверсионном канале на вицинальной грани // ФТТ 31(8), 37 (1989).

170. Г.М. Гусев, З.Д. Квон, Л.И. Магарилл, A.M. Палкин, В.И. Созинов, О.А. Шегай, М.В. Энтин, Резонансный фотогальваническийх эффект в инверсионном слое на поверхности полупроводника // Письма в ЖЭТФ 46, 28 (1987).

171. В.И. Белиничер, О механизмах циркулярного эффекта увлечения // ФТТ 23, 3461 (1981).

172. S.D. Ganichev and W. Prettl, Intense Terahertz Excitation of Semiconductors, Oxford University Press, Oxford, 2006.

173. A.B. Андрианов, И.Д. Ярошецкий, Индуцированный магнитным полем циркулярный фотогальванический эффект в полупроводниках // Письма в ЖЭТФ 40, 131 (1984).

174. Е.Л. Ивченко, Г.Е. Пикус, Оптическая ориентация спинов свободных носителей и фотогальванические эффекты в гиротропных кристаллах // Изв. Акад. наук СССР, физ. сер. 47, 2369 (1983).

175. А.А. Горбацевич, В.В. Капаев, Ю.В. Копаев, Асимметричные наноструктуры в магнитном поле // Письма в ЖЭТФ 57, 565 (1993).

176. О.В. Кибис, Новые эффекты электрон-фононного взаимодействия в квазидвумерных структурах в магнитном поле // ЖЭТФ 115, 959 (1999).

177. Ю.А. Алещенко, И.Д. Воронова, С.П. Гришечкина, В.В. Капаев, Ю.В. Копаев, И.В. Кучеренко, В.И. Кадушхин, С.И. Фомичев, Индуцированный магнитным полем фотогальванический эффект васимметричной системе квантовых ям // Письма в ЖЭТФ 58, 377 (1993).

178. И.В. Кучеренко, JI.K. Водопьянов, В.И. Кадушкин, Фотогальванический эффект в асимметричной наноструктуре GaAs/AlGaAs при лазерном возбуждении // ФТП 31, 872 (1997).

179. Л.И. Магарилл, Фотогальванический эффект в двумерных системах в параллельном магнитном поле // ФТТ 32, 3558 (1990).

180. А.П. Дмитриев, С.А. Емельянов, С.В. Иванов, П.С. Копьев, Я.В. Терентьев, И.Д. Ярошецкий, Гигантский фототок в двумерных структурах в магнитном поле параллельном 2Б-слою // Письма в ЖЭТФ 54, 279 (1991).

181. L.V. Kulik, I.V. Kukushkin, V.E. Kirpichev, K. v. Klitzing, and K. Eberl, Magnetic-field-induced dispersion anisotropy of intersubband excitations in an asymmetrical quasi-two-dimensional electron system // Phys. Rev. В 61, 1712 (2000).

182. B.M. Ashkinadze, E. binder, E. Cohen, and L.N. Pfeiffer, Effect of an in-plane magnetic field on the photoluminescence spectrum of modulation-doped quantum wells and heterojunctions // Phys. Rev. В 71, 045303 (2005).

183. S.A. Tarasenko, Electron scattering in quantum wells subjected to an in-plane magnetic field // Phys. Rev. В 77, 085328 (2008).

184. A.G. Pogosov, M. V. Budantsev, O.V. Kibis, A. Pouydebasque, D.K. Maude, J.C. Portal, Thermomagnetic effect in a two-dimensional electron gas with an asymmetric quantizing potential // Phys. Rev. В 61, 15603 (2000).

185. J.К. Furdyna, Diluted magnetic semiconductors //J. Appl. Phys. 64, R29 (1988).

186. A.A. Sirenko, T. Ruf, M. Cardona, D.R. Yakovlev, W. Ossau, A. Waag, and G. Landwehr, Electron and hole g factors measured by spin-flip Raman scattering in CdTe/Cdia;MgxTe single quantum wells 11 Phys. Rev. В 56, 2114 (1997).

187. JI.E. Воробьев, C.H. Данилов, В.Jl. Зерова, Д.А. Фирсов, Разогрев электронов сильным продольным электрическим полем в квантовых ямах // ФТП 37, 604 (2003).

188. Y. Ohno, R. Terauchi, Т. Adachi, F. Matsukura, and H. Ohno, Spin relaxation in GaAs(llO) quantum wells // Phys. Rev. Lett. 83, 4196 (1999).

189. O.Z. Karimov, G.H. John, and R.T. Harley, W.H. Lau, M.E. Flatte, M. Henini, and R. Airey, High temperature gate control of quantum well spin memory // Phys. Rev. Lett. 91, 246601 (2003).

190. S. Dohrmann, D. Hagele, J. Rudolph, M. Bichler, D. Schuh, and M. Oestreich, Anomalous spin dephasing in (110) GaAs quantum wells: Anisotropy and inter-subband effects // Phys. Rev. Lett. 93, 147405 (2004).

191. K.C. Hall, K. Gundodu, J.L. Hicks, A.N. Kocbay, M.E. Flatte, T.F. Boggess, K. Holabird, A. Hunter, D.H. Chow, and J.J. Zinck, Room-temperature electric-field controlled spin dynamics in (110) InAs quantum wells // Appl. Phys. Lett. 86, 202114 (2005).

192. V.V. Bel'kov, P. Olbrich, S.A. Tarasenko, D. Schuh, W. Wegscheidel:, T. Korn, Ch. Schuller, D. Weiss, W. Prettl, and S.D. Ganichev, Symmetry and spin dephasingin (llO)-grown quantum wells // Phys. Rev. Lett. 100, 176806 (2008).

193. L. Pfeiffer, K.W. West, H.L. Stormer, J.P. Eisenstein, K.W. Baldwin, D. Ger-shoni, and J. Spector, Formation of a high quality two-dimensional electron gas on cleaved GaAs // Appl. Phys. Lett. 56, 1697 (1990).