Spins in Optically Active Quantum Dots: Concepts and Methods

--- Zeeman Hamiltonian......Page 
Preface IX 11......Page 0011
1 Introduction      1......Page 0013
--- Spin 2......Page 0014
1.2 Spin-1/2 Basics 3......Page 0015
--- Particle-in-a-box 7......Page 0019
--- Quantum bit 8......Page 0020
1.3.3 “Natural” Quantum Dots 11......Page 0023
2.1 Epitaxial Quantum Dots 15......Page 0027
2.2.1 Structure and Fabrication 18......Page 0030
--- – anisotropic 19......Page 0031
--- Trion 21......Page 0033
--- – Self-alignment 22......Page 0034
2.3.2 Optical Properties and QD Shell Structure 24......Page 0036
--- Two-dimensional electron gas 27......Page 0039
--- Graphene 29......Page 0041
--- Nanowires 31......Page 0043
--- Carbon nanotubes 32......Page 0044
--- – Nanocrystal 33......Page 0045
--- – effective mass 34......Page 0046
--- – zincblende 39......Page 0051
--- Effective mass 40......Page 0052
--- – spin-orbit 41......Page 0053
--- – theorem 42......Page 0054
3.1.5 Coupling of Bands and the Luttinger Hamiltonian 43......Page 0055
--- Strain, uniaxial 46......Page 0058
--- Hole picture 47......Page 0059
--- Quantum well 48......Page 0060
--- – spherically symmetric 49......Page 0061
--- Total angular momentum 50......Page 0062
3.3.2 Valence Band States 53......Page 0065
--- – broken spherical symmetry 55......Page 0067
3.5.1 Symmetry of Many-Particle States in Quantum Dots 57......Page 0069
--- – potential 58......Page 0070
--- – strong confinement 59......Page 0071
3.5.4 Carrier Configurations in the s Shell and Energies 60......Page 0072
--- – energies, s shell 61......Page 0073
3.6.2 Transition Energies of Few-Particle States 63......Page 0075
--- Semiconductor diodes 67......Page 0079
--- – Electric field 69......Page 0081
--- – Single quantum dot 71......Page 0083
4.1.4 Quantum Confined Stark Effect 73......Page 0085
4.2 Optical Cavities 77......Page 0089
--- – quantized electromagnetic field 83......Page 0095
--- – gauge 84......Page 0096
--- – quantized 85......Page 0097
--- Multipole expansion 86......Page 0098
--- – orbital angular momentum 88......Page 0100
--- – total angular momentum 89......Page 0101
5.2.3 Equivalent Classical Electric Dipole Picture 91......Page 0103
--- State, coherent 92......Page 0104
--- – total angular momentum 93......Page 0105
--- – electron spin resonance 94......Page 0106
5.5 Cavity Quantum Electrodynamics 97......Page 0109
--- – strong coupling 98......Page 0110
--- – weak coupling 99......Page 0111
5.6.1 Lamb Shift and AC Stark Shift 100......Page 0112
--- – cavity mediated, of two emitters 102......Page 0114
6.1 Electron–Electron–Spin Interaction 103......Page 0115
--- – magnetic dipolar 104......Page 0116
--- – electron-hole exchange 105......Page 0117
6.2.2 Biexcitons and Polarization-Entangled Photons 107......Page 0119
--- – Fermi contact 109......Page 0121
of Spins 111......Page 0123
--- Optical orientation 112......Page 0124
7.1.1 Nonresonant Spin Pumping 114......Page 0126
7.1.2 Resonant Spin Pumping 117......Page 0129
--- Nuclear spins 120......Page 0132
--- Read-out 123......Page 0135
--- – time-resolved 124......Page 0136
7.2.2 Spin Storage and Retrieval 125......Page 0137
--- Manganese impurities 130......Page 0142
7.2.4 Spin-Selective Absorption 132......Page 0144
7.3.1 The Hanle Effect 134......Page 0146
7.3.2 Ensemble Hanle Effect 135......Page 0147
7.3.3 Hanle Effect Measurement of a Single Quantum Dot 137......Page 0149
--- Nuclear dephasing 140......Page 0152
--- – echo 145......Page 0157
7.3.6 Single Spin Kerr Rotation Measurement 148......Page 0160
7.3.7 Time-Resolved Observation of Single Spin Coherence 153......Page 0165
7.3.8 Optical Spin Manipulation 157......Page 0169
7.3.9 Putting It All Together 163......Page 0175
--- Hubbard model 167......Page 0179
--- – tuning of QD levels 170......Page 0182
--- Tunnel coupling 173......Page 0185
--- – Coupling 174......Page 0186
--- – Quantum dot molecule 177......Page 0189
8.4 Future Directions 180......Page 0192
A Appendix A Valence Band States for Spherical Confinement      183......Page 0195
B Appendix B List of Constants      187......Page 0199
C Appendix C Material Parameters      189......Page 0201
References 191......Page 0203
Index 207......Page 0219
,  117......Page 129
,  132......Page 144
--- – intrinsic rate 96......Page 0108
--- Energy nonconserving terms 87......Page 0099
--- – structure 39......Page 51
,  41......Page 53
,  112......Page 124
--- – binding energy 65–66......Page 0077
--- – of spin and photon 108......Page 0120
--- – equations 6......Page 0018
--- – sphere 4......Page 16
,  160......Page 172
--- – parabolic in-plane 56......Page 0068
--- Capacitance-voltage spectroscopy 70......Page 0082
--- Capacitive coupling 179......Page 0191
,  119......Page 131
,  154......Page 166
--- T2 6......Page 18
,  129......Page 141
,  136......Page 148
,  139......Page 151
,  147......Page 159
,  155......Page 167
--- – of the wave function 52......Page 64
,  54......Page 66
--- – Interdot 174......Page 186
,  179......Page 191
--- Delay line 141......Page 0153
--- Electric field tuning 69......Page 81
,  126......Page 138
,  137......Page 149
,  150......Page 162
--- Electro-luminescence 126......Page 0138
--- Energy relaxation 115......Page 0127
--- Molecular beam epitaxy 16......Page 0028
--- – Exchange interaction 72......Page 0084
--- Copyright © 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim......Page 2022
--- ISBN: 978-3-527-40806-1......Page 0990
--- Exciton 20......Page 32
,  59......Page 71
,  21......Page 33
,  60......Page 72
--- – direct and indirect 171......Page 0183
--- Faraday and Kerr rotation 140......Page 152
,  146......Page 158
,  148......Page 160
,  153......Page 165
--- Fermi–Dirac statistics 58......Page 70
,  103......Page 115
--- Volmer–Weber growth 17......Page 0029
--- Forster transfer 169......Page 0181
--- – of the driven two-level system 95......Page 0107
--- – frequency 5......Page 17
--- Kane energy 44......Page 56
,  144......Page 156
--- – Luttinger 44–46......Page 0056
--- Hanle effect 134......Page 146
--- Harmonic oscillator model 25......Page 0037
,  120......Page 132
interaction 110......Page 0122
--- Inhomogeneous dephasing 143......Page 155
--- – Shell structure 26......Page 0038
,  90......Page 102
--- Schrieffer–Wolff transformation 101......Page 0113
,  56......Page 68
--- – electron 5......Page 0017
--- Luttinger parameters 45......Page 0057
--- – Fabry–Perot 78......Page 0090
--- – Fabry-Perot 149......Page 0161
--- – Faraday rotation 80......Page 0092
--- Whispering gallery mode 81......Page 0093
--- Pauli exclusion principle 7......Page 19
--- Pauli matrices 4......Page 0016
--- Ti:Sapphire laser 124......Page 136
--- Precession 142......Page 154
--- Photoluminescence 24......Page 36
,  123......Page 135
,  163......Page 175
--- – degree of circular 115......Page 127
,  161......Page 173
--- Purcell effect 80......Page 92
,  100......Page 112
--- Quantum computing 9......Page 0021
--- – Pyramidal 30......Page 0042
,  18......Page 30
--- – Molecule 22......Page 34
,  170......Page 182
--- – Natural 12......Page 24
,  114......Page 126
--- 8......Page 20
,  15......Page 27
,  111......Page 123
,  164......Page 176
--- Quantum memory 122......Page 0134
--- Quantum posts 23......Page 0035
--- Rabi oscillations 129......Page 0141
--- Ramsey fringes 164......Page 0176
,  127......Page 139
--- Selection rules 35......Page 47
--- – Schottky diodes 68......Page 0080
,  157......Page 169
--- – triplet 9......Page 21
--- – Singlet-triplet 176......Page 188
--- Spin-orbit relaxation 128......Page 0140
--- – AC 101......Page 113
--- – quantum confined 73......Page 85
–74,  76......Page 88
,  171......Page 183
--- Stationary qubits 10......Page 0022
--- Wetting layer 17......Page 29
,  141......Page 153
--- – light hole, linear polarization 90......Page 0102
--- Zeeman splitting 133......Page 0145