Optically induced polarization of electron spins has been able to generate nuclear polarization via dynamic nuclear polarization (DNP), and control of this nuclear spin polarization has extensive application potentiality in spin-based quantum information processing and quantum computation. Here, we report optically induced DNP measurements in a two-dimensional electron gas embedded in a GaAs/AlGaAs heterostructure. We are able to obtain the Overhauser field Bn and show that it is proportional to the external magnetic field Bext when the latter is weak. We also show that the proportionality coefficient k between Bn and Bext can be manipulated by varying the intensity and helicity of the pump light.

1.
R. J.
Epstein
,
F. M.
Mendoza
,
Y. K.
Kato
, and
D. D.
Awschalom
,
Nat. Phys.
1
,
94
(
2005
).
2.
X.
Xu
,
W.
Yao
,
B.
Sun
,
D. G.
Steel
,
A. S.
Bracker
,
D.
Gammon
, and
L. J.
Sham
,
Nature
459
,
1105
(
2009
).
3.
M. I.
Dyakonov
,
Spin Physics in Semiconductors
(
Springer
,
Cham
,
2017
).
4.
J. M.
Kikkawa
and
D. D.
Awschalom
,
Science
287
,
473
(
2000
).
5.
D. R.
McCamey
,
J. V.
Tol
,
G. W.
Morley
, and
C.
Boehme
,
Science
330
,
1652
(
2010
).
6.
A. W.
Overhauser
,
Phys. Rev.
89
,
689
(
1953
).
7.
A. W.
Overhauser
,
Phys. Rev.
92
,
411
(
1953
).
8.
G.
Lampel
,
Phys. Rev. Lett.
20
,
491
(
1968
).
9.
D.
Paget
,
G.
Lampel
,
B.
Sapoval
, and
V. I.
Safarov
,
Phys. Rev. B
15
,
5780
(
1977
).
10.
D. R.
McCamey
,
J.
van Tol
,
G. W.
Morley
, and
C.
Boehme
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
027601
(
2009
).
11.
P. S.
Sokolov
,
M. Y.
Petrov
,
K. V.
Kavokin
,
A. S.
Kurdyubov
,
M. S.
Kuznetsova
,
R. V.
Cherbunin
,
S. Y.
Verbin
,
N. K.
Poletaev
,
D. R.
Yakovlev
,
D.
Suter
, and
M.
Bayer
,
Phys. Rev. B
96
,
205205
(
2017
).
12.
E. A.
Chekhovich
,
A.
Ulhaq
,
E.
Zallo
,
D.
Ding
,
O. G.
Schmidt
, and
M. S.
Skolnick
,
Nat. Mater.
16
,
982
(
2017
).
13.
R. K.
Kawakami
,
Y.
Kato
,
M.
Hanson
,
I.
Malajovich
,
J. M.
Stephens
,
E.
Johnston-Halperin
,
G.
Salis
,
A. C.
Gossard
, and
D. D.
Awschalom
,
Science
294
,
131
(
2001
).
14.
R. J.
Epstein
,
J.
Stephens
,
M.
Hanson
,
Y.
Chye
,
A. C.
Gossard
,
P. M.
Petroff
, and
D. D.
Awschalom
,
Phys. Rev. B
68
,
041305
(
2003
).
15.
J.
Strand
,
A. F.
Isakovic
,
X.
Lou
,
P. A.
Crowell
,
B. D.
Schultz
, and
C. J.
Palmstrom
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
3335
(
2003
).
16.
K.
Hashimoto
,
K.
Muraki
,
T.
Saku
, and
Y.
Hirayama
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
076601
(
2002
).
17.
Y. Q.
Li
,
V.
Umansky
,
K.
von Klitzing
, and
J. H.
Smet
,
Phys. Rev. B
86
,
115421
(
2012
).
18.
A.
Greilich
,
D. R.
Yakovlev
,
A.
Shabaev
,
A. L.
Efros
,
I. A.
Yugova
,
R.
Oulton
,
V.
Stavarache
,
D.
Reuter
,
A.
Wieck
, and
M.
Bayer
,
Science
313
,
341
(
2006
).
19.
A.
Greilich
,
A.
Shabaev
,
D. R.
Yakovlev
,
A. L.
Efros
,
I. A.
Yugova
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
, and
M.
Bayer
,
Science
317
,
1896
(
2007
).
20.
G.
Wang
,
C. R.
Zhu
,
B. L.
Liu
,
H.
Ye
,
A.
Balocchi
,
T.
Amand
,
B.
Urbaszek
,
H.
Yang
, and
X.
Marie
,
Phys. Rev. B
90
,
121202(R)
(
2014
).
21.
Y. S.
Chen
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
, and
G.
Bacher
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
167601
(
2011
).
22.
M.
Ono
,
J.
Ishihara
,
G.
Sato
,
S.
Matsuzaka
,
Y.
Ohno
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. B
89
,
115308
(
2014
).
23.
E. A.
Zhukov
,
A.
Greilich
,
D. R.
Yakovlev
,
K. V.
Kavokin
,
I. A.
Yugova
,
O. A.
Yugov
,
D.
Suter
,
G.
Karczewski
,
T.
Wojtowicz
,
J.
Kossut
,
V. V.
Petrov
,
Y. K.
Dolgikh
,
A.
Pawlis
, and
M.
Bayer
,
Phys. Rev. B
90
,
085311
(
2014
).
24.
A.
Malinowski
and
R. T.
Harley
,
Solid State Commun.
114
,
419
(
2000
).
25.
Y. S.
Chen
,
J.
Huang
,
A.
Ludwig
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
, and
G.
Bacher
,
J. Appl. Phys
109
,
016106
(
2011
).
26.
Y. S.
Chen
,
J.
Huang
,
D.
Reuter
,
A.
Ludwig
,
A. D.
Wieck
, and
G.
Bacher
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
081911
(
2011
).
27.
R.
Giri
,
S.
Cronenberger
,
M. M.
Glazov
,
K. V.
Kavokin
,
A.
Lemaître
,
J.
Bloch
,
M.
Vladimirova
, and
D.
Scalbert
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
087603
(
2013
).
28.
G.
Kaur
and
G.
Denninger
,
Appl. Magn. Reson.
39
,
185
(
2010
).
29.
X.
Qian
,
Y.
Ji
, and
V.
Umansky
,
Phys. Rev. B
93
,
035302
(
2016
).
30.
F.
Meier
and
B. P.
Zakharchenya
,
Optical Orientation
(
North-Holland
,
New York
,
1984
).
31.
M.
Syperek
,
D.
Yakovlev
,
A.
Greilich
,
J.
Misiewicz
,
M.
Bayer
,
D.
Reuter
, and
A. D.
Wieck
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
187401
(
2007
).
32.
I.
Yugova
,
A.
Greilich
,
E.
Zhukov
,
D.
Yakovlev
,
M.
Bayer
,
D.
Reuter
, and
A. D.
Wieck
,
Phys. Rev. B
75
,
195325
(
2007
).
33.
B.
Urbaszek
,
X.
Marie
,
T.
Amand
,
O.
Krebs
,
P.
Voisin
,
P.
Maletinsky
,
A.
Hogele
, and
A.
Imamoglu
,
Rev. Mod. Phys.
85
,
79
(
2013
).
34.
X. Z.
Ruan
,
H. H.
Luo
,
Y.
Ji
, and
Z. Y.
Xu
,
Phys. Rev. B
77
,
193307
(
2008
).
You do not currently have access to this content.