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Electron-nuclear coherent spin oscillations probed by spin dependent recombination

Authors :
Thierry Amand
Xavier Marie
Sawsen Azaizia
E. L. Ivchenko
Andrea Balocchi
L. A. Bakaleinikov
Hélène Carrère
J. C. Sandoval-Santana
Alejandro Kunold
V. K. Kalevich
V. G. Ibarra-Sierra
Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
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)
Universidad Autonoma Metropolitana - Iztapalapa
A.F. Ioffe Physical-Technical Institute
Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS)
Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)
Universidad Autonoma Metropolitana-Azcapotzalco
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Physical Review B, Physical Review B, 2018, 97 (15), pp.155201. ⟨10.1103/PhysRevB.97.155201⟩, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2018, 97 (15)
Publication Year :
2017
Publisher :
arXiv, 2017.

Abstract

International audience; We demonstrate the triggering and detection of coherent electron-nuclear spin oscillations related to the hyperfine interaction in Ga deep paramagnetic centers in GaAsN by band-to-band photoluminescence without an external magnetic field. In contrast to other point defects such as Cr4+ in SiC, Ce3+ in yttrium aluminum garnet crystals, nitrogen-vacancy centers in diamond, and P atoms in silicon, the bound-electron spin in Ga centers is not directly coupled to the electromagnetic field via the spin-orbit interaction. However, this apparent drawback can be turned into an advantage by exploiting the spin-selective capture of conduction band electrons to the Ga centers. On the basis of a pump-probe photoluminescence experiment we measure directly in the temporal domain the hyperfine constant of an electron coupled to a gallium defect in GaAsN by tracing the dynamical behavior of the conduction electron spin-dependent recombination to the defect site. The hyperfine constants and the relative abundance of the nuclei isotopes involved can be determined without the need of an electron spin resonance technique and in the absence of any magnetic field. Information on the nuclear and electron spin relaxation damping parameters can also be estimated from the oscillation amplitude decay and the long-time-delay behavior.

Details

ISSN :
24699950, 24699969, 10980121, and 1550235X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review B, Physical Review B, 2018, 97 (15), pp.155201. ⟨10.1103/PhysRevB.97.155201⟩, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2018, 97 (15)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....15ae3bc681972252cb21fc0783d216ce
Full Text :
https://doi.org/10.48550/arxiv.1702.04129