掺杂对称性对(110)晶向生长GaAs/AlGaAs量子阱中电子自旋弛豫动力学的影响

采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱,测量了(110)晶向生长的近似对称和完全非对称掺杂GaAs/AlGaAs量子阱中的电子自旋弛豫,发现两种量子阱材料中的电子自旋弛豫时间随载流子浓度的增大均呈现出先增大后减小的趋势,且近似对称掺杂GaAs量子阱中的电子自旋弛豫时间明显大于完全非对称掺杂量子阱.分析表明,在(110)晶向生长的GaAs量子阱中并非只有通常认为的Bir-Aronov-Pikus(BAP)机理起作用,在低载流子浓度区域,两种量子阱中D′yakonov-Perel′(DP)机理起主导作用,高载流子浓度区域BAP机理和DP机理都起作用,完全非对称掺杂的量子阱中DP机理强于近似对称掺杂量子阱.     

半导体量子阱中电子自旋弛豫和动量弛豫

根据电子自旋轨道耦合对自旋极化弛豫影响的DP机理进一步导出了半导体中电子自旋弛豫与动量弛豫及载流子浓度的关系，并采用飞秒抽运探测技术在室温下测量AlGaAs/GaAs 多量子阱中载流子浓度在 1×10¹⁷—1×10¹⁸cm^-3范围内，电子自旋弛豫时间由58ps增加至82 ps的变化情况，与理论计算值符合，说明了随着载流子浓度的增加，载流子间的频繁散射加速了电子动量驰豫，减弱了电子自旋轨道耦合作用，从而延长了电子自旋寿命. 关键词： 电子自旋轨道耦合 电子自旋弛豫和动量弛豫 飞秒光谱技术     

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     

InAs单层和亚单层结构中的自旋动力学研究

利用偏振时间分辨光谱和时间分辨Kerr旋转谱，研究了GaAs中的InAs单层和亚单层的电子自旋动力学.实验发现，在非共振激发条件下，厚度为1/3单层的InAs亚单层中电子自旋弛豫寿命长达3.4ns，而1个单层厚的InAs层的电子自旋寿命只有0.48ns；而在共振激发条件下，亚单层结构中的电子自旋寿命大大减少，只有70ps，单层InAs中电子自旋寿命没有显著变化.分析表明，低温下InAs单层和亚单层结构中，Bir-Aronov-Pikus(BAP)自旋弛豫机理占主导地位.通过改变材料结构特性和激发条件来改变电子空穴的空间相关性，从而达到控制自旋弛豫的目的. 关键词： InAs亚单层 自旋弛豫 BAP机理     

界面生长中断对GaAs (111)衬底上 AlGaAs/GaAs量子阱电子自旋寿命的影响

用固源分子束外延技术(SSMBE)在GaAs(111)衬底上,采用不同的界面中断时间生长了多组AlGaAs/GaAs多量子阱样品(MQWs),通过室温发光光谱和时间分辨克尔旋转谱(TRKR)研究了界面生长中断对发光光谱半峰全宽(FWHM)和量子阱中电子自旋弛豫时间(自旋寿命)的影响,发现了自旋寿命随着界面生长中断时间的增加呈现先减小后增加的趋势,此变化趋势与荧光光谱半峰全宽表征的材料质量随中断时间的变化一致,适当的界面生长中断时间能有效的增加GaAs (111)衬底上AlGaAs/GaAs 多量子阱中电子自旋寿命。     

外磁场对(Ga,Mn)As有效g因子的影响

利用时间分辨Kerr旋光技术测量低温下稀磁半导体Ga0.937Mn0.063As中光注入极化载流子的自旋进动信号,并观察到自旋极化载流子的有效g因子值随外磁场的增强而增大的反常现象.这归结于磁场导致局域化空穴转化为非局域化空穴,从而使自发磁化强度增强,有效g因子值增大.基于此物理图像,进一步给出了(Ga,Mn)As的有效g因子与外磁场的关系式.     

量子阱中电子自旋注入及弛豫的飞秒光谱研究

采用飞秒脉冲的饱和吸收光谱方法研究了GaAs/AlGaAs多量子阱中电子自旋的注入和 弛豫特性，测得电子自旋极化弛豫时间为80±10ps.说明了电子自旋 轨道耦合相互作用引 起局域磁场的随机化，是导致电子的自旋极化弛豫的主要机理. 关键词： 自旋电子学 半导体量子阱 飞秒激光光谱 自旋 轨道耦合     

外磁场对(Ga，Mn)As有效g因子的影响

利用时间分辨Kerr旋光技术测量低温下稀磁半导体Ga_0.937Mn_0.063As中光注入极化载流子的自旋进动信号,并观察到自旋极化载流子的有效g因子值随外磁场的增强而增大的反常现象.这归结于磁场导致局域化空穴转化为非局域化空穴,从而使自发磁化强度增强,有效g因子值增大.基于此物理图像,进一步给出了(Ga,Mn)As的有效g因子与外磁场的关系式. 关键词： 时间分辨Kerr旋光测量 Zeeman效应 Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida模型     

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.     

载流子复合对时间分辨法拉第旋转光谱的影响

利用二能级体系速率方程,推导了半导体中探测光探测到的法拉第旋转光谱的理论模型,发现电子-空穴对的复合对法拉第旋转信号随时间的衰减有重要影响,并利用该模型对GaAs量子阱中实验测得的法拉第旋转光谱进行拟合,得到GaAs量子阱材料中的电子自旋弛豫时间为73.5 ps,而直接利用单指数进行拟合得到的电子自旋弛豫时间仅为51.3 ps. 因此,直接利用单指数对法拉第旋转光谱进行拟合得到电子自旋弛豫时间的传统做法是不准确的. 关键词： 自旋弛豫时间 时间分辨法拉第旋转光谱 GaAs量子阱     

稀磁半导体(Ga,Mn)As薄膜激光诱导超快磁化动力学过程拟合方法探究

本文对稀磁半导体(Ga, Mn)As薄膜中超快激光诱导磁化动力学响应信号的不同拟合方法进行了对比分析. 通过Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程的数值拟合发现, 由于薄膜平面内和平面外磁光响应强度不同, 磁矢量三维进动的叠加可以导致多个频率振动模式的假象. 当使用高于(Ga, Mn)As带边的能量激发时, 磁化进动的磁光响应信号中叠加着来自光极化载流子的响应, 此时单纯利用LLG方程对薄膜整体磁化动力学过程拟合应谨慎使用. 本工作为正确分析和理解脉冲激光对(Ga, Mn)As铁磁性的超快调控提供了拟合方法上的指导.     

(Ga,Mn)As中电流诱导自旋极化的磁光Kerr测量

在GaAs吸收带边附近, 利用磁光Kerr效应测量了(Ga,Mn)As和p-GaAs样品的电流诱导Kerr旋转谱和反射谱, 两者都呈现出Lorentz曲线形状. 电流诱导Kerr旋转角和反射率随着电流的增大而增大, Kerr角与电流的大小成正比关系, 反射率与电流的平方成正比关系. (Ga,Mn)As的Kerr旋转角比p-GaAs的大了一个数量级, 这说明Mn原子的掺杂使得电流诱导的自旋极化增强. 另外, 还测量了温度和入射光偏振方向对电流诱导Kerr旋转谱和反射谱的影响. 发现随着温度的升高, Kerr谱和反射谱均向长波方向移动, 这与GaAs带边随温度的变化是一致的.     

A Green＇s function model for ferromagnetism and spin excitations of （Ga,Mn）As diluted magnetic semiconductors

We study (Ga, Mn)As diluted magnetic semiconductors in terms of the Ruderman--Kittel--Kasuya--Yosida quantum spin model in Green's function approach. Random distributions of the magnetic atoms are treated by using an analytical average of magnetic configurations. Average magnetic moments and spin excitation spectra as functions of temperature can be obtained by solving self-consistent equations, and the Curie temperature T_C is given explicitly. T_C is proportional to magnetic atomic concentration, and there exists a maximum for T_C as a function of carrier concentration. Applied to (Ga, Mn)As, the theoretical results are consistent with experiment and the experimental T_C can be obtained with reasonable parameters. This modelling can also be applied to other diluted magnetic semiconductors.     

Spin coherence of holes in GaAs/(Al,Ga)As quantum wells

Carrier spin coherence in a p-doped GaAs/(Al,Ga)As quantum well with a diluted hole gas is studied by picosecond pump-probe Kerr rotation. For resonant optical excitation of the positively charged exciton the spin precession shows two types of oscillations: Electron spin beats decaying with the charged exciton radiative lifetime of 50 ps, and long-lived hole spin beats with dephasing times up to 650 ps, which decrease with increasing temperature, underlining the importance of hole localization. The mechanism of hole spin coherence generation is discussed.     

Korringa relaxation time of magnetic ion system near a two-dimensional electron gas

Spin relaxation of Mn ions in a (Cd,Mn)Te quantum well with quasi-two-dimensional carriers (Q2DEG) is investigated. The mechanism of energy transfer is spin-flip scattering of Mn spin with electrons making transitions between spin subbands accompanied by a change in the Mn spin. A calculation of the spin-flip scattering rate shows that the Mn spin relaxation rate is proportional to the coupling constant squared, the density of states squared, and the electron temperature, the so called Korringa relaxation rate. It was found that for small Mn ion concentration, the relaxation time ≈10−7-10−6s is in a good agreement with experimental results. Moreover, the relaxation rate scales with L⁻², L being the well width, and it can be enhanced over its value in bulk.     

(110)-GaAs量子阱中光生载流子对电子自旋弛豫的影响

我们实验研究了(110)-GaAs量子阱中光生载流子对电子自旋弛豫的影响。通过测量量子阱的荧光寿命和光学吸收计算,我们能得到不同泵浦光功率下的带间吸收所产生的空穴浓度;相对应地,通过双色磁光科尔旋转技术,我们测量了该GaAs量子阱中电子自旋的动力学过程。结合两者,我们得到了电子自旋弛豫速率与空穴浓度的关系。实验结果表明电子自旋弛豫速率与空穴浓度呈线性依赖关系,验证了BirAronov-Pikus机制主导该体系的电子自旋弛豫。     

非线性克尔效应对飞秒激光偏振的超快调制

研究了近红外飞秒激光的偏振在太赫兹频率的超快调制.利用抽运-探测光谱技术,通过改变两个脉冲之间的延迟时间可以控制光脉冲的旋转角.在Li：NaTb（WO₄）₂磁光晶体中观察到探测光的偏振随延迟时间变化的高速振荡,振荡信号的中心频率为0.19 THz.这种超快偏振调制现象可以解释为,抽运-探测实验构置中,前向传播的抽运光诱导的光学克尔非线性引起被晶体远端表面所反射的背向传播的探测光脉冲偏振面的额外旋转.通过改变抽运光的圆偏振旋性可以控制探测光调制信号的相位和振幅.实验结果表明,非线性光学克尔效应可以作为一种全新的手段,在磁光晶体中实现近红外飞秒激光以太赫兹频率的超快偏振调控.这将在超快磁光调制器等全光器件中得以应用.实验结果将有助于偏振依赖的超快动力学过程的研究.     

低温生长砷化镓的超快光抽运-太赫兹探测光谱

本文采用光抽运-太赫兹探测技术系统研究了低温生长砷化镓(LT-GaAs)中光生载流子的超快动力学过程.光激发LT-GaAs薄层电导率峰值随抽运光强增加而增加,最后达到饱和,其饱和功率为54μJ/cm~2.当载流子浓度增大时,电子间的库仑相互作用将部分屏蔽缺陷对电子的俘获概率,从而导致LT-GaAs的快速载流子俘获时间随抽运光强增加而变长.光激发薄层电导率的色散关系可以用Cole-Cole Drude模型很好地拟合,结果表明LT-GaAs内部载流子的散射时间随抽运光强增加和延迟时间(产生光和抽运光)变长而增加,主要来源于电子-电子散射以及电子-杂质缺陷散射共同贡献,其中电子-杂质缺陷散射的强度与光激发薄层载流子浓度密切相关,并可由散射时间分布函数α来描述.通过对光激发载流子动力学、光激发薄层电导率以及迁移率变化的研究,我们提出适当增加缺陷浓度,可以进一步降低载流子迁移率和寿命,为研制和设计优良的THz发射器提供了实验依据.     

Mn distribution and spin polarization in Ga(1-x)Mn x As

Using the density functional full-potential linearized augmented plane wave approach, the x-ray absorption and magnetic circular dichroism (XMCD) spectra of Ga(1-x)Mn x As are calculated. Significantly, XMCD of Mn is highly sensitive to the change in environment, and thus can be utilized to characterize impurity distribution. The nature of Mn-induced spin polarization on Ga and As sites, vital for the carrier mediated magnetic ordering, is discussed in light of computational and experimental results.