Since a decade, spintronics and related physics have attracted considerable attention due to the massive research conducted in these areas. The main reason for growing interest in these fields is the expectation to use the electrons spin instead of or in addition to the charge for the applications in spin-based electronics, quantum information, and quantum computation. A prime concern for these spins to be possible candidates for carrying information is the ability to coherently control them on the time scales much faster than the decoherence times. This thesis reports on the spin dynamics in two-dimensional electron gases hosted in artificially grown III-V semiconductor quantum wells. Here we present a series of experiments utilizing the techniques to optically control the spin polarization triggered by either optical or electrical methods i.e. well known pump-probe technique and current-induced spin polarization. We investigated the spin coherence in high mobility dense two-dimensional electron gas confined in GaAs/AlGaAs double and triple quantum wells, and, it\'s dephasing on the experimental parameters like applied magnetic field, optical power, pump-probe delay and excitation wavelength. We have also studied the large spin relaxation anisotropy and the influence of sample temperature on the long-lived spin coherence in triple quantum well structure. The anisotropy was studied as a function sample temperature, pump-probe delay time, and excitation power, where, the coherent spin dynamics was measured in a broad range of temperature from 5 K up to 250 K using time-resolved Kerr rotation and resonant spin amplification. Additionally, the influence of Al concentration on the spin dynamics of AlGaAs/AlAs QWs was studied. Where, the composition engineering in the studied structures allows tuning of the spin dephasing time and electron g-factor. Finally, we studied the macroscopic transverse drift of long current-induced spin coherence using non-local Kerr rotation measurements, based on the optical resonant amplification of the electrically-induced polarization. Significant spatial variation of the electron g-factor and the coherence times in the nanosecond scale transported away half-millimeter distances in a direction transverse to the applied electric field was observed. / Há uma década, a spintrônica e outras áreas relacionadas vêm atraindo considerável atenção, devido a enorme quantidade de pesquisa conduzidas por elas. A principal razão para o crescente interesse neste campo é a expectativa da aplicação do controle do spin do elétron no lugar ou em adição à carga, em dispositivos eletrônicos e informação e computação quânticas. A possibilidade destes spins carregarem informação depende, primeiramente, da habilidade de controlá-los coerentemente, em uma escala de tempo muito mais rápida do que o tempo de decoerência. Esta tese trata da dinâmica de spins em gases de elétrons bidimensionais, em poços quânticos de semicondutores III-V, crescidos artificialmente. Nós apresentamos uma série de experimentos, utilizando técnicas para o controle ótico da polarização de spin, desencadeadas por métodos óticos ou eletrônicos, ou seja, técnicas conhecidas de bombeio e prova e polarização de spin induzida por corrente. Nós investigamos a coerência de spin em gases bidimensionais, confinados em poços quânticos duplos e triplos de GaAs/AlGaAs e a dependência da defasagem com parâmetros experimentais, como campo magnético externo, potência ótica, tempo entre os pulsos de bombeio e prova e comprimento de onda da excitação. Também estudamos a grande anisotropia de relaxação de spin como função da temperatura da amostra, potência de excitação e defasagem entre bombeio e prova, medidos para uma vasta gama de temperatura, entre 5K e 250K, usando Rotação de Kerr com Resolução Temporal (TRKR) e Amplificação Ressonante de Spin (RSA). Além disso estudamos a influência da concentração de Al na dinâmica dos poços de AlGaAs/AlAs, para o qual a engenharia da composição da estrutura permite sintonizar o tempo de defasagem de spin e o fator $ g $ do elétron. Por fim, estudamos a deriva transversal macroscópica da longa coerência de spin induzida por corrente, através de medidas de Rotação de Kerr não-locais, baseadas na amplificação ressonante ótica da polarização eletricamente induzida. Observamos uma variação espacial significante do fator $ g $ e do tempo de vida da coerência, na escala de nanosegundos, deslocada distâncias de meio milímetro na direção transversa ao campo magnético aplicado.

Since a decade, spintronics and related physics have attracted considerable attention due to the massive research conducted in these areas. The main reason for growing interest in these fields is the expectation to use the electrons spin instead of or in addition to the charge for the applications in spin-based electronics, quantum information, and quantum computation. A prime concern for these spins to be possible candidates for carrying information is the ability to coherently control them on the time scales much faster than the decoherence times. This thesis reports on the spin dynamics in two-dimensional electron gases hosted in artificially grown III-V semiconductor quantum wells. Here we present a series of experiments utilizing the techniques to optically control the spin polarization triggered by either optical or electrical methods i.e. well known pump-probe technique and current-induced spin polarization. We investigated the spin coherence in high mobility dense two-dimensional electron gas confined in GaAs/AlGaAs double and triple quantum wells, and, it\'s dephasing on the experimental parameters like applied magnetic field, optical power, pump-probe delay and excitation wavelength. We have also studied the large spin relaxation anisotropy and the influence of sample temperature on the long-lived spin coherence in triple quantum well structure. The anisotropy was studied as a function sample temperature, pump-probe delay time, and excitation power, where, the coherent spin dynamics was measured in a broad range of temperature from 5 K up to 250 K using time-resolved Kerr rotation and resonant spin amplification. Additionally, the influence of Al concentration on the spin dynamics of AlGaAs/AlAs QWs was studied. Where, the composition engineering in the studied structures allows tuning of the spin dephasing time and electron g-factor. Finally, we studied the macroscopic transverse drift of long current-induced spin coherence using non-local Kerr rotation measurements, based on the optical resonant amplification of the electrically-induced polarization. Significant spatial variation of the electron g-factor and the coherence times in the nanosecond scale transported away half-millimeter distances in a direction transverse to the applied electric field was observed. / Há uma década, a spintrônica e outras áreas relacionadas vêm atraindo considerável atenção, devido a enorme quantidade de pesquisa conduzidas por elas. A principal razão para o crescente interesse neste campo é a expectativa da aplicação do controle do spin do elétron no lugar ou em adição à carga, em dispositivos eletrônicos e informação e computação quânticas. A possibilidade destes spins carregarem informação depende, primeiramente, da habilidade de controlá-los coerentemente, em uma escala de tempo muito mais rápida do que o tempo de decoerência. Esta tese trata da dinâmica de spins em gases de elétrons bidimensionais, em poços quânticos de semicondutores III-V, crescidos artificialmente. Nós apresentamos uma série de experimentos, utilizando técnicas para o controle ótico da polarização de spin, desencadeadas por métodos óticos ou eletrônicos, ou seja, técnicas conhecidas de bombeio e prova e polarização de spin induzida por corrente. Nós investigamos a coerência de spin em gases bidimensionais, confinados em poços quânticos duplos e triplos de GaAs/AlGaAs e a dependência da defasagem com parâmetros experimentais, como campo magnético externo, potência ótica, tempo entre os pulsos de bombeio e prova e comprimento de onda da excitação. Também estudamos a grande anisotropia de relaxação de spin como função da temperatura da amostra, potência de excitação e defasagem entre bombeio e prova, medidos para uma vasta gama de temperatura, entre 5K e 250K, usando Rotação de Kerr com Resolução Temporal (TRKR) e Amplificação Ressonante de Spin (RSA). Além disso estudamos a influência da concentração de Al na dinâmica dos poços de AlGaAs/AlAs, para o qual a engenharia da composição da estrutura permite sintonizar o tempo de defasagem de spin e o fator $ g $ do elétron. Por fim, estudamos a deriva transversal macroscópica da longa coerência de spin induzida por corrente, através de medidas de Rotação de Kerr não-locais, baseadas na amplificação ressonante ótica da polarização eletricamente induzida. Observamos uma variação espacial significante do fator $ g $ e do tempo de vida da coerência, na escala de nanosegundos, deslocada distâncias de meio milímetro na direção transversa ao campo magnético aplicado.

Apresentamos dois modelos para o elétron na eletrodinâmica clássica que incorporam alguns efeitos da eletrodinâmica quântica. No primeiro modelo, o elétron é tratado como uma partícula extensa como conseqüência das oscilações de alta-freqüência (Zitterbewegung) que sua carga elétrica realiza. Mostramos que este modelo prevê corretamente a magnitude do spin do elétron e lhe atribui o mesmo fator giromagnético previsto pela equação de Dirac sem correções radiativas. Neste modelo, a auto-energia do elétron diverge logaritmicamente como resultado da distribuição extensa de sua carga elétrica. No segundo modelo, a criação de pares virtuais em torno do elétron é levada em conta por uma generalização da lagrangeana do campo eletromagnético que respeita as simetrias da eletrodinâmica clássica. Esta generalização altera a interação entre o elétron e o campo eletromagnético em pequenas distâncias e permite que a auto-força de uma partícula puntiforme seja determinada de modo consistente. Mostramos que as soluções da equação de movimento resultante não apresentam auto-aceleração nem pré-aceleração, sendo consistentes com a causalidade. / We present two models for the electron in classical electrodynamics, which include some effects from quantum electrodynamics. In the first model, the electron is treated as an extended particle owing to the high-frequency oscillations (Zitterbewegung) of its electrical charge. We show that this model predicts correctly the magnitude of the electron spin and it gives the electron the same gyromagnetic factor as predicted by Dirac equation without radiative corrections. In this model, the electron self-energy has a logarithmic divergence due to the extended distribution of its electric charge. In the second model, virtual pair creation around the electron is taken into account by a generalization of the lagrangian for the electromagnetic field that preserves the symmetries of classical electrodynamics. This generalization changes the interaction of the electron with the electromagnetic field at small distances and allows us to evaluate the self-force of a point particle in a consistent way. We show that the solutions of the derived equation of motion do not exhibit self-acceleration nor pre-acceleration, being consistent with causality.

Apresentamos dois modelos para o elétron na eletrodinâmica clássica que incorporam alguns efeitos da eletrodinâmica quântica. No primeiro modelo, o elétron é tratado como uma partícula extensa como conseqüência das oscilações de alta-freqüência (Zitterbewegung) que sua carga elétrica realiza. Mostramos que este modelo prevê corretamente a magnitude do spin do elétron e lhe atribui o mesmo fator giromagnético previsto pela equação de Dirac sem correções radiativas. Neste modelo, a auto-energia do elétron diverge logaritmicamente como resultado da distribuição extensa de sua carga elétrica. No segundo modelo, a criação de pares virtuais em torno do elétron é levada em conta por uma generalização da lagrangeana do campo eletromagnético que respeita as simetrias da eletrodinâmica clássica. Esta generalização altera a interação entre o elétron e o campo eletromagnético em pequenas distâncias e permite que a auto-força de uma partícula puntiforme seja determinada de modo consistente. Mostramos que as soluções da equação de movimento resultante não apresentam auto-aceleração nem pré-aceleração, sendo consistentes com a causalidade. / We present two models for the electron in classical electrodynamics, which include some effects from quantum electrodynamics. In the first model, the electron is treated as an extended particle owing to the high-frequency oscillations (Zitterbewegung) of its electrical charge. We show that this model predicts correctly the magnitude of the electron spin and it gives the electron the same gyromagnetic factor as predicted by Dirac equation without radiative corrections. In this model, the electron self-energy has a logarithmic divergence due to the extended distribution of its electric charge. In the second model, virtual pair creation around the electron is taken into account by a generalization of the lagrangian for the electromagnetic field that preserves the symmetries of classical electrodynamics. This generalization changes the interaction of the electron with the electromagnetic field at small distances and allows us to evaluate the self-force of a point particle in a consistent way. We show that the solutions of the derived equation of motion do not exhibit self-acceleration nor pre-acceleration, being consistent with causality.