Time-resolved optical spin orientation spectroscopy was employed to investigate the temperature-dependent electron spin injection in In0.1Ga0.9As quantum well (QW) and In0.5Ga0.5As quantum dots (QDs) tunnel-coupled nanostructures with 4, 6, and 8 nm-thick GaAs barriers. The fast picosecond-ranged spin injection from QW to QD excited states (ES) was observed to speed up with temperature, as induced by pronounced longitudinal-optical (LO)-phonon-involved multiple scattering process, which contributes to a thermally stable and almost fully spin-conserving injection within 5–180 K. The LO-phonon coupling was also found to cause accelerated electron spin relaxation of QD ES at elevated temperature, mainly via hyperfine interaction with random nuclear field.

1.
M. I.
Dyakonov
,
Spin Physics in Semiconductor
(
Springer
,
Berlin Heidelberg
,
2008
).
2.
M.
Holub
and
P.
Bhattacharya
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
40
,
R179
(
2007
).
3.
D. D.
Awschalom
,
D.
Loss
, and
N.
Samarth
,
Semiconductor Spintronics and Quantum Computation
(
Springer
,
2002
).
4.
D.
Loss
and
D. P.
DiVincenzo
,
Phys. Rev. A
57
,
120
(
1998
).
5.
Yu. I.
Mazur
,
V. G.
Dorogan
,
E.
Marega
, Jr.
,
D.
Guzun
,
M. E.
Ware
,
Z. Ya.
Zhuchenko
,
G. G.
Tarasov
,
C.
Lienau
, and
G. J.
Salamo
,
J. Appl. Phys.
113
,
034309
(
2013
).
6.
C. Y.
Jin
,
S.
Ohta
,
M.
Hopkinson
,
O.
Kojima
,
T.
Kita
, and
O.
Wada
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
151104
(
2010
).
7.
Yu. I.
Mazur
,
V. G.
Dorogan
,
E.
Marega
, Jr.
,
Z. Ya.
Zhuchenko
,
M. E.
Ware
,
M.
Benamara
,
G. G.
Tarasov
,
P.
Vasa
,
C.
Lienau
, and
G. J.
Salamo
,
J. Appl. Phys.
108
,
074316
(
2010
).
8.
D.
Guzun
,
Yu. I.
Mazur
,
V. G.
Dorogan
,
M. E.
Ware
,
E.
Marega
, Jr.
,
G. G.
Tarasov
,
C.
Lienau
, and
G. J.
Salamo
,
J. Appl. Phys.
113
,
154304
(
2013
).
9.
M.
Syperek
,
J.
Andrzejewski
,
W.
Rudno-Rudzinski
,
G.
Sek
,
J.
Misiewicz
,
E. M.
Pavelescu
,
C.
Gilfert
, and
J. P.
Reithmaier
,
Phys. Rev. B
85
,
125311
(
2012
).
10.
Yu. I.
Mazur
,
V. G.
Dorogan
,
D.
Guzun
,
E.
Marega
, Jr.
,
G. J.
Salamo
,
G. G.
Tarasov
,
A. O.
Govorov
,
P.
Vasa
, and
C.
Lienau
,
Phys. Rev. B
82
,
155413
(
2010
).
11.
M.
Syperek
,
P.
Leszczynski
,
J.
Misiewicz
,
E. M.
Pavelescu
,
C.
Gilfert
, and
J. P.
Reithmaier
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
011901
(
2010
).
12.
X. J.
Yang
,
T.
Kiba
,
T.
Yamamura
,
J.
Takayama
,
A.
Subagyo
,
K.
Sueoka
, and
A.
Murayama
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
012406
(
2014
).
13.
R.
Ferreira
and
G.
Bastard
,
Phys. Rev. B
43
,
9687
(
1991
).
14.
T.
Uenoyama
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev. Lett.
64
,
3070
(
1990
).
15.
T.
Uenoyama
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev. B
42
,
7114
(
1990
).
16.
A.
Wojs
,
P.
Hawrylak
,
S.
Fafard
, and
L.
Jacak
,
Phys. Rev. B
54
,
5604
(
1996
).
17.
F.
Meier
and
B. P.
Zakharchenya
,
Optical Orientation
(
North-Holland
,
Amsterdam
,
1984
).
18.
V. K.
Kalevich
,
M.
Paillard
,
K. V.
Kavokin
,
X.
Marie
,
A. R.
Kovsh
,
T.
Amand
,
A. E.
Zhukov
,
Yu. G.
Musikhin
,
V. M.
Ustinov
,
E.
Vanelle
, and
B. P.
Zakharchenya
,
Phys. Rev. B
64
,
045309
(
2001
).
19.
T.
Kiba
,
X. J.
Yang
,
T.
Yamamura
,
Y.
Kuno
,
A.
Subagyo
,
K.
Sueoka
, and
A.
Murayama
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
082405
(
2013
).
20.
A.
Tackeuchi
,
R.
Ohtsubo
,
K.
Yamaguchi
,
M.
Murayama
,
T.
Kitamura
,
T.
Kuroda
, and
T.
Takagahara
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
3576
(
2004
).
21.
Y. Q.
Huang
,
Y.
Puttisong
,
I. A.
Buyanova
,
X. J.
Yang
,
A.
Subagyo
,
K.
Sueoka
,
A.
Murayama
, and
W. M.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
093109
(
2015
).
22.
T.
Inoshita
and
H.
Sakaki
,
Phys. Rev. B
46
,
7260
(
1992
).
23.
B.
Ohnesorge
,
M.
Albrecht
,
J.
Oshinowo
, and
A.
Forchel
,
Phys. Rev. B
54
,
11532
(
1996
).
24.
M.
De Giogi
,
C.
Lingk
,
G.
von Plessen
,
J.
Feldmann
,
S.
De Rinaldis
,
A.
Passaseo
,
M.
De Vittorio
,
R.
Cingolani
, and
M.
Lomascolo
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
3968
(
2001
).
25.
A. V.
Khaetskii
and
Y. V.
Nazarov
,
Phys. Rev. B
64
,
125316
(
2001
).
26.
S. I.
Erlingsson
,
Y. V.
Nazarov
, and
V. I.
Fal'ko
,
Phys. Rev. B
64
,
195306
(
2001
).
27.
Y. G.
Semenov
and
K. W.
Kim
,
Phys. Rev. B
75
,
195342
(
2007
).
28.
R.
Hanson
,
L. P.
Kouwenhoven
,
J. R.
Petta
,
S.
Tarucha
, and
L. M.
Vandersypen
,
Rev. Mod. Phys.
79
,
1217
(
2007
).
29.
E.
Tsitsishvili
,
G. S.
Lozano
, and
A. O.
Gogolin
,
Phys. Rev. B
70
,
115316
(
2004
).
30.
D. V.
Bulaev
and
D.
Loss
,
Phys. Rev. B
71
,
205324
(
2005
).
31.
F. G. G.
Hernandez
,
A.
Greilich
,
F.
Brito
,
M.
Wiemann
,
D. R.
Yakovlev
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
, and
M.
Bayer
,
Phys. Rev. B
78
,
041303(R)
(
2008
).
32.
B.
Urbaszek
,
P. F.
Braun
,
T.
Amand
,
O.
Krebs
,
T.
Belhadj
,
A.
Lemaitre
,
P.
Voisin
, and
X.
Marie
,
Phys. Rev. B
76
,
201301(R)
(
2007
).
33.
J.
Beyer
,
Y.
Puttisong
,
I. A.
Buyanova
,
S.
Suraprapapich
,
C. W.
Tu
, and
W. M.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
143105
(
2012
).
34.
X. M.
Dou
,
B. Q.
Sun
,
D. S.
Jiang
,
H. Q.
Ni
, and
Z. C.
Niu
,
J. Appl. Phys.
111
,
053524
(
2012
).
35.
A.
Pinczuk
,
J. M.
Worlock
,
R. E.
Nahory
, and
M. A.
Polack
,
Appl. Phys. Lett.
33
,
461
(
1979
).
36.
P. F.
Lu
,
D. C.
Tsui
, and
H. M.
Cox
,
Phys. Rev. Lett.
54
,
1563
(
1985
).
You do not currently have access to this content.