Spin–orbit interaction and spin-relaxation mechanisms of a shallow InAs quantum well heterostructure are investigated by magnetoconductance measurements as a function of an applied top-gate voltage. The data are fit using a Iordanskii–Lyanda-Geller–Pikus model and two distinct transport regimes are identified. The spin–orbit interaction splitting energy is extracted from the fits to the data, which also displays two distinct regimes. The different regimes exhibit different spin-scattering mechanisms, the identification of which is of relevance for device platforms of reduced dimensionality which utilize the spin–orbit interaction.
References
1.
I.
Žutić
, J.
Fabian
, and S.
Das Sarma
, Rev. Mod. Phys.
76
, 323
(2004
).2.
J. D.
Sau
, S.
Tewari
, and S.
Das Sarma
, Phys. Rev. B
85
, 064512
(2012
).3.
R. M.
Lutchyn
, E. P. A. M.
Bakkers
, L. P.
Kouwenhoven
, P.
Krogstrup
, C. M.
Marcus
, and Y.
Oreg
, Nat. Rev. Mater.
3
, 52
(2018
).4.
W. S.
Cole
, S.
Das Sarma
, and T. D.
Stanescu
, Phys. Rev. B
92
, 174511
(2015
).5.
J.
Shabani
, M.
Kjaergaard
, H. J.
Suominen
, Y.
Kim
, F.
Nichele
, K.
Pakrouski
, T.
Stankevic
, R. M.
Lutchyn
, P.
Krogstrup
, R.
Feidenhans'l
, S.
Kraemer
, C.
Nayak
, M.
Troyer
, C. M.
Marcus
, and C. J.
Palmstrøm
, Phys. Rev. B
93
, 155402
(2016
).6.
H. J.
Suominen
, M.
Kjaergaard
, A. R.
Hamilton
, J.
Shabani
, C. J.
Palmstrøm
, C. M.
Marcus
, and F.
Nichele
, Phys. Rev. Lett.
119
, 176805
(2017
).7.
L.
Casparis
, M. R.
Connolly
, M.
Kjaergaard
, N. J.
Pearson
, A.
Kringhøj
, T. W.
Larsen
, F.
Kuemmeth
, T.
Wang
, C.
Thomas
, S.
Gronin
, G. C.
Gardner
, M. J.
Manfra
, C. M.
Marcus
, and K. D.
Petersson
, Nat. Nanotechnol.
13
, 915
(2018
).8.
W.
Mayer
, J.
Yuan
, K. S.
Wickramasinghe
, T.
Nguyen
, M. C.
Dartiailh
, and J.
Shabani
, Appl. Phys. Lett.
114
, 103104
(2019
).9.
W.
Mayer
, M. C.
Dartiailh
, J.
Yuan
, K. S.
Wickramasinghe
, E.
Rossi
, and J.
Shabani
, Nat. Commun.
11
, 212
(2020
).10.
J. D. S.
Witt
, G. C.
Gardner
, C.
Thomas
, T.
Lindemann
, S.
Gronin
, M. J.
Manfra
, and D. J.
Reilly
, arXiv:2103.08752 (2021
).11.
A.
Jouan
, J. D. S.
Witt
, G. C.
Gardner
, C.
Thomas
, T.
Lindemann
, S.
Gronin
, M. J.
Manfra
, and D. J.
Reilly
, Appl. Phys. Lett.
119
, 172601
(2021
).12.
G. C.
Gardner
, S.
Fallahi
, J. D.
Watson
, and M. J.
Manfra
, J. Cryst. Growth
441
, 71
(2016
).13.
S. J.
Pauka
, J. D. S.
Witt
, C. N.
Allen
, B.
Harlech-Jones
, A.
Jouan
, G. C.
Gardner
, S.
Gronin
, T.
Wang
, C.
Thomas
, M. J.
Manfra
, D. J.
Reilly
, and M. C.
Cassidy
, J. Appl. Phys.
128
, 114301
(2020
).14.
W.
Knap
, C.
Skierbiszewski
, A.
Zduniak
, E.
Litwin-Staszewska
, D.
Bertho
, F.
Kobbi
, J. L.
Robert
, G. E.
Pikus
, F. G.
Pikus
, S. V.
Iordanskii
, V.
Mosser
, K.
Zekentes
, and Y. B.
Lyanda-Geller
, Phys. Rev. B
53
, 3912
(1996
).15.
H.
Störmer
, A.
Gossard
, and W.
Wiegmann
, Solid State Commun.
41
, 707
(1982
).16.
R.
Fletcher
, E.
Zaremba
, M.
D'Iorio
, C. T.
Foxon
, and J. J.
Harris
, Phys. Rev. B
38
, 7866
(1988
).17.
H.
Kroemer
, Physica E
20
, 196
(2004
).18.
C.
Ellenberger
, B.
Simovič
, R.
Leturcq
, T.
Ihn
, S. E.
Ulloa
, K.
Ensslin
, D. C.
Driscoll
, and A. C.
Gossard
, Phys. Rev. B
74
, 195313
(2006
).19.
T.
Tschirky
, S.
Mueller
, C. A.
Lehner
, S.
Fält
, T.
Ihn
, K.
Ensslin
, and W.
Wegscheider
, Phys. Rev. B
95
, 115304
(2017
).20.
J. P.
Heida
, B. J.
van Wees
, J. J.
Kuipers
, T. M.
Klapwijk
, and G.
Borghs
, Phys. Rev. B
57
, 11911
(1998
).21.
F.
Herling
, C.
Morrison
, C. S.
Knox
, S.
Zhang
, O.
Newell
, M.
Myronov
, E. H.
Linfield
, and C. H.
Marrows
, Phys. Rev. B
95
, 155307
(2017
).22.
B.
Shojaei
, P. J. J.
O'Malley
, J.
Shabani
, P.
Roushan
, B. D.
Schultz
, R. M.
Lutchyn
, C.
Nayak
, J. M.
Martinis
, and C. J.
Palmstrøm
, Phys. Rev. B
93
, 075302
(2016
).23.
K. S.
Wickramasinghe
, W.
Mayer
, J.
Yuan
, T.
Nguyen
, L.
Jiao
, V.
Manucharyan
, and J.
Shabani
, Appl. Phys. Lett.
113
, 262104
(2018
).24.
D.
Grundler
, Phys. Rev. Lett.
84
, 6074
(2000
).25.
E.
Bernardes
, J.
Schliemann
, M.
Lee
, J. C.
Egues
, and D.
Loss
, Phys. Rev. Lett.
99
, 076603
(2007
).26.
R. S.
Calsaverini
, E.
Bernardes
, J. C.
Egues
, and D.
Loss
, Phys. Rev. B
78
, 155313
(2008
).27.
T.
Koga
, J.
Nitta
, T.
Akazaki
, and H.
Takayanagi
, Phys. Rev. Lett.
89
, 046801
(2002
).28.
J. B.
Miller
, D. M.
Zumbühl
, C. M.
Marcus
, Y. B.
Lyanda-Geller
, D.
Goldhaber-Gordon
, K.
Campman
, and A. C.
Gossard
, Phys. Rev. Lett.
90
, 076807
(2003
).29.
V.
Sazgari
, G.
Sullivan
, and I. I.
Kaya
, Phys. Rev. B
101
, 155302
(2020
).30.
J. R.
Bindel
, M.
Pezzotta
, J.
Ulrich
, M.
Liebmann
, E. Y.
Sherman
, and M.
Morgenstern
, Nat. Phys.
12
, 920
(2016
).31.
M.
Glazov
, E.
Sherman
, and V.
Dugaev
, Physica E
42
, 2157
(2010
).32.
S.
Das Sarma
and E. H.
Hwang
, Phys. Rev. B
90
, 035425
(2014
).33.
M.
Wu
, J.
Jiang
, and M.
Weng
, Phys. Rep.
493
, 61
(2010
).34.
Unlike an applied magnetic field, these SOI induced effective local magnetic fields do not induce a net polarization.
35.
R. N.
Kini
, K.
Nontapot
, G. A.
Khodaparast
, R. E.
Welser
, and L. J.
Guido
, J. Appl. Phys.
103
, 064318
(2008
).36.
J.
Luo
, H.
Munekata
, F. F.
Fang
, and P. J.
Stiles
, Phys. Rev. B
41
, 7685
(1990
).37.
T. F.
Boggess
, J. T.
Olesberg
, C.
Yu
, M. E.
Flatté
, and W. H.
Lau
, Appl. Phys. Lett.
77
, 1333
(2000
).38.
B. N.
Murdin
, K.
Litvinenko
, J.
Allam
, C. R.
Pidgeon
, M.
Bird
, K.
Morrison
, T.
Zhang
, S. K.
Clowes
, W. R.
Branford
, J.
Harris
, and L. F.
Cohen
, Phys. Rev. B
72
, 085346
(2005
).39.
A. M.
Lobos
, R. M.
Lutchyn
, and S.
Das Sarma
, Phys. Rev. Lett.
109
, 146403
(2012
).© 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.