We have investigated the temperature and bias dependence of the Hanle effect in a composite n-type Ge system consisting of a heavily doped surface layer and a moderately doped Ge substrate, using three-terminal Hanle measurements. A large spin signal of ∼5.1 kΩμm2 and a spin lifetime of ∼105 ps are obtained at 300 K. The spin signal, spin lifetime, and their asymmetries with respect to the bias polarity have been measured over a temperature range from 5 K to 300 K. Intriguingly, an inverted Hanle effect, indicating the sign inversion of spin polarization in Ge, is observed at low temperature.

1.
I.
Žutić
,
J.
Fabian
, and
S. D.
Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
323
(
2004
).
2.
A.
Fert
and
H.
Jaffrès
,
Phys. Rev. B
64
,
184420
(
2001
).
3.
I.
Appelbaum
,
B.
Huang
, and
D. J.
Monsma
,
Nature
447
,
295
(
2007
).
4.
X.
Lou
,
C.
Adelmann
,
M.
Furis
,
S. A.
Crooker
,
C. J.
Palmstrøm
, and
P. A.
Crowell
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
176603
(
2006
).
5.
S. P.
Dash
,
S.
Sharma
,
R. S.
Patel
,
M. P.
de Jong
, and
R.
Jansen
,
Nature
462
,
491
(
2009
).
6.
T.
Sasaki
,
T.
Oikawa
,
T.
Suzuki
,
M.
Shiraishi
,
Y.
Suzuki
, and
K.
Noguchi
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
122101
(
2010
).
7.
X.
Lou
,
C.
Adelmann
,
S. A.
Crooker
,
E. S.
Garlid
,
J.
Zhang
,
K. S. M.
Reddy
,
S. D.
Flexner
,
C. J.
Palmstrøm
, and
P. A.
Crowell
,
Nat. Phys.
3
,
197
(
2007
).
8.
M.
Tran
,
H.
Jaffrès
,
C.
Deranlot
,
J.-M.
George
,
A.
Fert
,
A.
Miard
, and
A.
Lemaître
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
036601
(
2009
).
9.
S. M.
Sze
,
Physics of Semiconductor Devices
(
Wiley
,
New York
,
1981
).
10.
S. D.
Ganichev
,
S. N.
Danilov
,
V. V.
Bel'kov
,
S.
Giglberger
,
S. A.
Tarasenko
,
E. L.
Ivchenko
,
D.
Weiss
,
W.
Jantsch
,
F.
Schäffler
,
D.
Gruber
, and
W.
Prettl
,
Phys. Rev. B
75
,
155317
(
2007
).
11.
F.
Bottegoni
,
G.
Isella
,
S.
Cecchi
, and
F.
Ciccacci
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
242107
(
2011
).
12.
E. S.
Liu
,
J.
Nah
,
K. M.
Varahramyan
, and
E.
Tutic
,
Nano Lett.
10
,
3297
(
2010
).
13.
Y.
Zhou
,
W.
Han
,
L.-T.
Chang
,
F.
Xiu
,
M.
Wang
,
M.
Oehme
,
I. A.
Fischer
,
J.
Schulze
,
Roland. K.
Kawakami
,
K. L.
Wang
,
Phys. Rev. B
84
,
125323
(
2011
).
14.
C.
Shen
,
T.
Trypiniotis
,
K. Y.
Lee
,
S. N.
Holmes
,
R.
Mansell
,
M.
Husain
,
V.
Shah
,
X. V.
Li
,
H.
Kurebayashi
,
I.
Farrer
 et al.,
Appl. Phys. Lett.
97
,
162104
(
2010
).
15.
C.
Rinaldi
,
M.
Cantoni
,
D.
Petti
,
M.
Leone
,
N. M.
Caffrey
,
S.
Sanvito
, and
R.
Bertacco
, e-print arXiv:1105.2908v1 [cond-mat.mtrl-sci].
16.
K. R.
Jeon
,
B. C.
Min
,
Y. H.
Jo
,
H. S.
Lee
,
I. J.
Shin
,
C. Y.
Park
,
S. Y.
Park
, and
S. C.
Shin
,
Phys. Rev. B.
84
,
165315
(
2011
).
17.
R.
Jansen
,
B. C.
Min
,
S. P.
Dash
,
S.
Sharma
,
G.
Kioseoglou
,
A. T.
Hanbicki
,
O. M. J.
van’t Erve
,
P. E.
Thompson
, and
B. T.
Jonker
,
Phys. Rev. B
82
,
241305
R
(
2010
).
18.
K. R.
Jeon
,
C. Y.
Park
, and
S. C.
Shin
,
Cryst. Growth Des.
10
,
1346
(
2010
).
19.
W. H.
Bulter
,
X. G.
Zhang
,
T. C.
Schulthess
, and
J. M.
MacLaren
,
Phys. Rev. B.
63
,
054416
(
2001
).
20.
M.
Johnson
and
R. H.
Silsbee
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
1790
(
1985
).
21.
M.
Johnson
and
R. H.
Silsbee
,
Phys. Rev. B
37
,
5326
(
1988
).
22.
S. P.
Dash
,
S.
Sharma
,
J. C.
Le Breton
,
J.
Peiro
,
H.
Jaffrès
,
J.-M.
George
,
A.
Lemaitre
, and
R.
Jansen
,
Phys. Rev. B.
84
,
054410
(
2011
).
23.
Y.
Yafet
, in
Solid State Physics
, edited by
F.
Seitz
and
D.
Turnbull
(
Academic
,
New York
,
1963
), Vol.
14
, p.
1
.
24.
Y.
Li
,
Y.
Chye
,
Y. F.
Chiang
,
K.
Pi
,
W. H.
Wang
,
J. M.
Stephens
,
S.
Mack
,
D. D.
Awschalom
, and
R. K.
Kawakami
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
237205
(
2008
).
25.
S. A.
Crooker
,
E. S.
Garlid
,
A. N.
Chantis
,
D. L.
Smith
,
K. S. M.
Reddy
,
Q. O.
Hu
,
T.
Kondo
,
C. J.
Palmstrøm
, and
P. A.
Crowell
,
Phys. Rev. B
80
,
041305
R
(
2009
).
26.
G.
Salis
,
A.
Fuhrer
,
R. R.
Schlittler
,
L.
Gross
, and
S. F.
Alvarado
,
Phys. Rev. B
81
,
205323
(
2010
).
27.
E.
Wada
,
Y.
Shirahata
,
T.
Naito
,
M.
Itoh
,
M.
Yamaguchi
, and
T.
Taniyama
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
156601
(
2010
).
28.
H.
Dery
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
046602
(
2007
).
You do not currently have access to this content.