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Nuclear magnetization in gallium arsenide quantum dots at zero magnetic field

Authors :
Kazuaki Sakoda
Takaaki Mano
G. Sallen
Olivier Krebs
Thierry Amand
S. Kunz
Bernhard Urbaszek
Daniel Paget
L. Bouet
Xavier Marie
Takashi Kuroda
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)
National Institute for Materials Science (NIMS)
Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC)
École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nature Communications, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2014, 5 (1), Nature Communications, 2014, 5 (1)
Publication Year :
2014
Publisher :
Springer Science and Business Media LLC, 2014.

Abstract

Optical and electrical control of the nuclear spin system allows enhancing the sensitivity of NMR applications and spin-based information storage and processing. Dynamic nuclear polarization in semiconductors is commonly achieved in the presence of a stabilizing external magnetic field. Here we report efficient optical pumping of nuclear spins at zero magnetic field in strain-free GaAs quantum dots. The strong interaction of a single, optically injected electron spin with the nuclear spins acts as a stabilizing, effective magnetic field (Knight field) on the nuclei. We optically tune the Knight field amplitude and direction. In combination with a small transverse magnetic field, we are able to control the longitudinal and transverse components of the nuclear spin polarization in the absence of lattice strain—that is, in dots with strongly reduced static nuclear quadrupole effects, as reproduced by our model calculations.<br />Optical control of nuclear spin polarization in semiconductor quantum dots is promising for applications in NMR imaging. Sallen et al. report efficient dynamic nuclear polarization at zero magnetic field in strain-free gallium arsenide quantum dots with Knight fields dominating the nuclear quadrupole effects.

Details

ISSN :
20411723
Volume :
5
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Communications
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d49b27111510a37cbcaac7395f502ac2