1. Hyperfine coupling of hole and nuclear spins in symmetric (111)-grown GaAs quantum dots
- Author
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P. Zhou, Takaaki Mano, Xavier Marie, Mikhail M. Glazov, Thierry Amand, E. L. Ivchenko, Bernhard Urbaszek, Marta L. Vidal, L. Bouet, Gang Wang, Kazuaki Sakoda, Takashi Kuroda, Mikhail V. Durnev, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), A.F. Ioffe Physical-Technical Institute, Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS), National Institute for Materials Science (NIMS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Physics ,[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics] ,Zeeman effect ,Spin polarization ,Condensed matter physics ,Spins ,Quantum dots ,02 engineering and technology ,Electron ,Spintronics ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect ,01 natural sciences ,symbols.namesake ,Quantum dot ,0103 physical sciences ,symbols ,Heterostructures ,[CHIM]Chemical Sciences ,Trion ,010306 general physics ,0210 nano-technology ,Spin (physics) ,Hyperfine structure ,Photoluminescence - Abstract
© 2016 American Physical Society. In self-assembled III-V semiconductor quantum dots, valence holes have longer spin coherence times than the conduction electrons, due to their weaker coupling to nuclear spin bath fluctuations. Prolonging hole spin stability relies on a better understanding of the hole to nuclear spin hyperfine coupling which we address both in experiment and theory in the symmetric (111) GaAs/AlGaAs droplet dots. In magnetic fields applied along the growth axis, we create a strong nuclear spin polarization detected through the positively charged trion X+ Zeeman and Overhauser splittings. The observation of four clearly resolved photoluminescence lines - a unique property of the (111) nanosystems - allows us to measure separately the electron and hole contribution to the Overhauser shift. The hyperfine interaction for holes is found to be about five times weaker than that for electrons. Our theory shows that this ratio depends not only on intrinsic material properties but also on the dot shape and carrier confinement through the heavy-hole mixing, an opportunity for engineering the hole-nuclear spin interaction by tuning dot size and shape.
- Published
- 2016