本征GaAs中电子自旋极化的能量演化研究

采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱,研究9.6 K温度下本征GaAs中电子自旋相干弛豫动力学,发现反映电子自旋相干的吸收量子拍的振幅随光子能量的增加呈非单调性变化.考虑自旋极化依赖的带填充效应和带隙重整化效应,发展了圆偏振光抽运-探测光谱的理论模型.该模型表明量子拍的振幅依赖于所探测能级的电子初始自旋极化度,自旋探测灵敏度以及带填充因子,三者的乘积导致了量子拍振幅的非单调变化,与实验结果一致.给出了能级分裂的二能级系统中电子自旋极化度定义.发现在高能级上可以获得100%的初始电子自旋极化度. 关键词： 圆偏振光抽运-探测光谱 吸收量子拍 电子自旋极化度 GaAs     

GaAs中电子g因子的温度和能量依赖性的飞秒激光吸收量子拍研究

采用时间分辨椭圆偏振光抽运-探测光谱研究磁场作用下本征GaAs中电子自旋弛豫动力学，观察到吸收量子拍现象.这种吸收量子拍起源于电子自旋的拉莫尔进动，因而其拍频成为高精度测量电子g因子的一种新方法.利用这种新方法研究了本征GaAs中电子g因子的温度和能量依赖特性，发现g因子随电子的温度和能量增加而增加，但与k·p理论预测相差甚大.基于实验结果拟合，我们给出了一个g因子的温度和能量依赖的经验公式. 关键词： 椭圆偏振光抽运-探测光谱 自旋量子拍 g因子 GaAs     

自旋极化度对GaAs量子阱中吸收饱和效应与载流子复合动力学的影响研究

本文研究了(001) GaAs量子阱薄膜中重空穴激子近共振抽运-探测的载流子自旋弛豫动力学, 发现载流子的自旋极化对传统的线偏振光吸收饱和效应和载流子复合动力学都有影响. 进一步的抽运流依赖的自旋弛豫和复合动力学研究表明, 自旋极化对线偏振光的吸收饱和效应的影响随抽运流降低而变弱. 在低激发流时, 自旋极化对线偏振吸收饱和效应的影响才可忽略. 然而, 又显现出自旋极化对复合动力学的影响. 分析表明复合动力学的自旋极化依赖性起源于重空穴激子形成浓度的自旋极化依赖性. 复合动力学的自旋极化依赖性表明自旋弛豫时间计算中所涉及的复合时间应该使用自旋极化载流子的复合时间. 基于二维质量作用定律的激子浓度计算表明, 库仑屏蔽效应对激子形成的影响在较低激发载流子浓度下可以忽略.     

本征GaAs量子阱中电子自旋扩散输运的时-空分辨吸收光谱研究

发展了一种时-空分辨圆偏振光抽运-探测光谱及其理论,并用于本征GaAs量子阱中电子自旋扩散输运的实验研究.获得室温下本征GaAs量子阱中的“自旋双极扩散系数”为D_as=37.5±15 cm²/s.此结果比用自旋光栅法测量到的掺杂GaAs量子阱中电子自旋扩散系数小.解释为是由于“空穴库仑拖曳”效应减慢了电子自旋波包的扩散输运. 关键词： 时-空分辨抽运-探测光谱 电子自旋扩散 GaAs量子阱     

InGaN薄膜中电子自旋偏振弛豫的时间分辨吸收光谱研究

采用飞秒时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱对In_01Ga_09N薄膜的电子自旋注入和弛豫进行了研究.获得初始自旋偏振度约为02,此结果支持在圆偏振光激发下,重、轻空穴带的跃迁强度比为3∶1,而不支持1∶1或1∶094的观点同时获得自旋偏振弛豫时间为490±70ps,定性分析了自旋弛豫机理,认为BAP机理是电子自旋弛豫的主要机理. 关键词： 电子自旋 InGaN 自旋极化 自旋弛豫     

长寿命吸收过程对超快动力学过程测量的影响

使用飞秒时间分辨抽运-探测透射光谱技术,实验研究了GaAs体材料中光激发载流子的超快弛豫动力学的波长依赖.在相同的光激发载流子浓度和抽运/探测比时,发现760 nm和780 nm两中心波长处的瞬态透射变化延迟扫描信号出现负的和振荡的信号.与模拟计算结果对比,判定该实验瞬态信号是错误的.分析探测器输出波形,发现是由于反相波形导致的,而引起反相波形的原因在于样品中存在长寿命的吸收过程.指出通过提高探测器上的抽运/探测比能够矫正反相波形,从而获得正确的瞬态透射变化动力学.提高探测器上的抽运/探测比与目前的应尽量减小抽运光对探测器的散射贡献的观点是对立的.文章的研究结果对应用抽运-探测时间分辨光谱技术正确地测量超快瞬态动力学过程具有重要的参考价值. 关键词： 时间分辨抽运-探测透射光谱 饱和吸收 吸收增强 GaAs体材料     

GaAs中带填充效应与带隙重整化效应的竞争

采用时间分辨线偏振光抽运-探测光谱研究常温下本征GaAs中载流子弛豫动力学,观察到饱和吸收和吸收增强现象.发现载流子浓度为2×10¹⁷ cm^-3, 探测光子能量小于1.549 eV时,饱和吸收现象比较明显,反之,有明显的吸收增强现象出现.载流子浓度大于7×10¹⁶ cm^-3的范围内,吸收增强信号随时间增大没有减弱的趋势,反而有继续增强的趋势.理论上,考虑带填充效应和带隙重整化效应的竞争,模拟得到与实验谱线相符合的结果. 关键词： 飞秒抽运-探测光谱 带填充效应 带隙重整化效应 载流子寿命     

电子自旋偏振度及其弛豫过程的飞秒激光吸收光谱研究

基于二能级体系的速率方程，获得了非完全初始自旋偏振极化条件下的自旋偏振向上和向下 载流子布居弛豫的解析解. 基于小信号近似，给出了左、右旋圆偏振探测光的饱和吸收变化 的表达式. 此表达式中含有电子布居的初始自旋偏振度参数，因而用此表达式拟合实验数据 能够直接获取电子布居的初始自旋偏振度，而电子布居的初始自旋偏振度在自旋偏振输运研 究中是一个非常重要的关键参数. 实验获得了GaAs/AlGaAs多量子阱结构中光注入电子布居 的初始自旋偏振度及其弛豫时间常数. 关键词： 圆偏振抽运_探测技术 电子自旋偏振度 自旋偏振弛豫 GaAs量子阱     

利用飞秒双光子光电子发射研究GaAs(100)的自旋动力学过程

超短激光技术的发展为研究材料中的超快光动方学过程提供了重要的实验手段，也使得人们 能够更为深入地研究电子的自旋动力学行为.GaAs(100)表面由于费米钉扎而会导致能带弯曲 ，位于该区域的电子及其自旋特性将会明显不同于体相材料中的情况.利用时间分辨和自旋 分辨的双光子光电子发射技术研究了p型掺杂GaAs(100)表面的电子极化动力学过程.结果表 明，由费米钉扎而引起的能带弯曲明显影响电子的自旋弛豫过程，从实验上观察到了GaAs(1 00)表面能带弯曲区域的电子自旋翻转时间存在近2个量级的差异(从几纳秒到几十皮秒)，基 于电子-自旋交换相互作用的BAP机理在自旋弛豫过程中起着主导作用. 关键词： 光物理 自旋极化 双光子光电子发射 砷化镓     

飞秒光诱导铽镓石榴石晶体中的磁化响应研究

运用时间分辨抽运-探测光谱技术,研究了磁光晶体铽镓石榴石(TGG)在不同椭圆偏振态的飞秒激光脉冲诱导下的极化和磁化响应.研究表明,当仅存在逆法拉第效应时,探测光旋转角信号和椭圆率信号的变化方向与圆偏振抽运光的旋向相关.这是由于圆偏振光在TGG晶体中产生的瞬态有效磁场的方向依赖于圆偏振光的旋向所致.光诱导磁化过程与材料的性质有关,TGG晶体的顺磁特性决定了其自旋弛豫时间为几十飞秒.由于探测光旋转角信号和椭圆率信号的半高全宽均为500 fs左右,加之信号强度随着抽运光脉冲能量密度的增加呈线性增长,表明TGG晶 关键词： 铽镓石榴石晶体 抽运-探测光谱技术 逆法拉第效应     

铁磁薄膜中圆偏振光感应的瞬态磁光Kerr峰的物理起源

使用飞秒时间分辨抽运-探测磁光Kerr光谱技术,实验研究了圆偏振光抽运面内磁化FePt和垂直磁化GdFeCo薄膜的磁化演化动力学,发现在时间延迟零点处均出现瞬态Kerr峰.分析了此Kerr峰的起源,指出此瞬态Kerr峰与铁磁性无关,可能起源于自由电子的顺磁磁化,而顺磁磁化的外磁场来自圆偏振抽运光的逆Faraday效应.基于顺磁磁化模型的计算结果支持此观点.基于此观点,逆Faraday效应感应的磁场脉冲宽度应该与激光脉冲宽度一致.     

Spin-independent and spin-dependent re-excitation in CdZnTe studied by pump-probe spectroscopy

Time-resolved pump-probe spectroscopy is used to study the re-excitation processes of spin-balanced and spin-polarized electrons trapped by the defect levels in Cd_0.86Zn_0.14Te. In CdTe, Cd_0.96Zn_0.04Te, and Cd_0.86Zn_0.14Te, the electron trapping time and lifetime decrease with the increasing defect density of states that depends on the Zn composition. The abnormal linearly and circularly polarized pump-probe spectroscopies, respectively, demonstrate the presence of spin-independent and spin-dependent re-excitation processes in Cd_0.86Zn_0.14Te which have high defect density of states.     

Spin-dependent recombination and optical spin orientation in semiconductors

Spin-dependent recombination is observed in Ga_0.6Al_0.4As at 77°K on the intensity of the donor-acceptor pairs photoluminescence. The lifetime is enhanced by a factor 2.3 when photocreated electrons and recombination centers are spin polarized by optical pumping with circularly polarized light. Optical orientation and spin-dependent recombination lead to a steady-state electronic spin polarization as large as 70%.     

基于电子自旋弛豫全光开关中的瞬态特性

设计了基于电子自旋弛豫的透射式全光开关模犁.该光开关具有开关时间短、结构简单,光学非线性强等特点.研究在右旋圆偏振光抽运下 GaAs/AlGaAs半导体多量子阱(MQWs)中以相空间填充(PSF)和库仑屏蔽(CS)为主要因素导致的激子吸收饱和行为,计算与抽运光同向(探测光与抽运光的圆偏振方向相同)和反向(探测光与抽运光的圆偏振方向相反)的圆偏振探测光吸收系数的变化,得到两种圆偏振光差分透射率改变量随延迟时间的变化.实验采用飞秒抽运-探测技术,获得了室温下GaAs/AlGaAs多量子阱同向圆偏振探测光的透射曲线,观察到了明显的饱和吸收现象,与数值模拟的结果相符.     

Photoinduced Weyl semimetal phase and anomalous Hall effect in a three-dimensional topological insulator

Motivated by the fact that Weyl fermions can emerge in a three-dimensional topological insulator on breaking either time-reversal or inversion symmetries, we propose that a topological quantum phase transition to a Weyl semimetal phase occurs under the off-resonant circularly polarized light, in a three-dimensional topological insulator, when the intensity of the incident light exceeds a critical value. The circularly polarized light effectively generates a Zeeman exchange field and a renormalized Dirac mass, which are highly controllable. The phase transition can be exactly characterized by the first Chern number. A tunable anomalous Hall conductivity emerges, which is fully determined by the location of the Weyl nodes in momentum space, even in the doping regime. Our predictions are experimentally realizable through pump-probe angle-resolved photoemission spectroscopy and raise a new way for realizing Weyl semimetals and quantum anomalous Hall effects.