Полупроводниковые гетероструктуры обладают интересными оптическими свойствами, благодаря которым их использование для хранения и обработки оптической информации представляется перспективным. Эти свойства, прежде всего, включают большую силу осциллятора оптических переходов, связанных с различными экситонными комплексами. Это дает возможность записи оптической информации на субпикосекундных временах с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Другим важным свойством обладают гетероструктуры, содержащие резидентные электроны. Спины резидентных электронов способны находиться в когерентном состоянии в диапазоне гораздо больших времен (до микросекунд), открывая возможность для длительного хранения информации в спиновой степени свободы. Наибольший интерес представляют экситонные комплексы, связанные с резидентными электронами, такие как трионы или связанные на доноре экситоны. Такие комплексы обеспечивают возможность быстрой оптической записи через поглощение в резонанс оптического перехода с последующим переносом оптической когерентности в спиновый ансамбль резидентных электронов. Когерентность в спиновом ансамбле может существовать длительное время, намного превышающее радиационное время жизни оптического перехода. В 2014 году нашей группой была впервые экспериментально продемонстрирована возможность оптической записи, длительного хранения и считывания когерентного состояния в ансамбле спинов резидентных электронов в полупроводниковой квантовой яме CdTe/(Cd,Mg)Te при низкой температуре [1]. Для этого использовался эффект спин-зависимого фотонного эха и приложение внешнего магнитного поля. Время хранения оптической информации составило порядка десятка наносекунд и превысило, таким образом, в тысячу раз время жизни возбуждаемого оптического перехода (триона).
Проблема записи и считывания подразумевает понимание оптической и спиновой когерентной динамики трионов при приложении внешнего магнитного поля в эксперименте спин-зависимого фотонного эха.
Помимо проблемы записи и считывания оптической информации в спиновом ансамбле резидентных электронов существует другая, не менее важная проблема хранения когерентного состояния в течение как можно более длительных времен. Время жизни когерентного состояния в спиновом аснсамбле ограничивается различными процессами дефазировки спинов. Эти процессы могут быть связаны с неоднородностью g-фактора резидентных электронов, с механизмами переворота спина (flip-flop процессы), с диффузией резидентных электронов и их взаимодействием с локальным окружением, например, с фононами, флуктуирующими магнитными полями, в том числе и от спинов ядер решетки, а также с внешне приложенным магнитным полем. В результате это может приводить как к обратимой, так и к необратимой фазовой релаксации спинового ансамбля.
Фундаментальной проблемой, на решение которой направлен настоящий проект, является детальное понимание оптической и спиновой когерентной динамики экситонов, трионов и носителей в полупроводниковых квантовых ямах, квантовых точках и эпитаксиальных слоях.
